JPH04354156A - Semiconductor switching device - Google Patents

Semiconductor switching device

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JPH04354156A
JPH04354156A JP3129474A JP12947491A JPH04354156A JP H04354156 A JPH04354156 A JP H04354156A JP 3129474 A JP3129474 A JP 3129474A JP 12947491 A JP12947491 A JP 12947491A JP H04354156 A JPH04354156 A JP H04354156A
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Japan
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chip
mosfet
switching device
igbt
semiconductor switching
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JP3129474A
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Japanese (ja)
Inventor
Shinichi Kobayashi
真一 小林
Masateru Igarashi
征輝 五十嵐
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Fuji Electric Co Ltd
Original Assignee
Fuji Electric Co Ltd
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Publication date
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    • H01L2224/42Wire connectors; Manufacturing methods related thereto
    • H01L2224/47Structure, shape, material or disposition of the wire connectors after the connecting process
    • H01L2224/48Structure, shape, material or disposition of the wire connectors after the connecting process of an individual wire connector
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    • H01L2924/1306Field-effect transistor [FET]
    • H01L2924/13091Metal-Oxide-Semiconductor Field-Effect Transistor [MOSFET]

Abstract

PURPOSE:To realize a semiconductor switching device which can reduce its switching loss without increasing the number of its components. CONSTITUTION:This semiconductor switching device is provided with an IGBT 111 and MOSFET 112 using a high-speed diode 113 as its internal parasitic diode and the gate of the IGBT 111 is connected to a gate G5 through an input resistance 114a, with the gate of the MOSFET 112 being connected to the gate G5 through another input resistance 114b having a resistance value higher than that of the resistance 114a. Because of a voltage drop caused by the resistance values of the input resistances, the MOSFET 112 is turned off after the IGBT ill is turned off. The collector current of this semiconductor switching device is shared by both the IGBT 111 and MOSFET 112. The chips of the IGBT 111 and MOSFET 112 are connected in parallel with each other in a container.

Description

【発明の詳細な説明】[Detailed description of the invention]

【0001】0001

【産業上の利用分野】本発明は半導体チップを用いたス
イッチング装置に関し、特に、IGBTチップとMOS
FETチップとの複合スイッチング回路を有する半導体
スイッチング装置に関する。
[Industrial Application Field] The present invention relates to a switching device using a semiconductor chip, and in particular to an IGBT chip and a MOS switching device.
The present invention relates to a semiconductor switching device having a composite switching circuit with a FET chip.

【0002】0002

【従来の技術】電源装置等のチョッパ回路、ハーフブリ
ッジ回路等のスイッチング回路にも半導体素子を利用し
たスイッチング装置が採用されており、その代表的なも
のとしては、図13に示す絶縁ゲート型バイポーラトラ
ンジスタ(以下、IGBTという。)を利用した半導体
スイッチング装置がある。図において、201は半導体
スイッチング装置であり、容器底板202の上には、絶
縁基板203が固着されている。この絶縁基板203は
、その表面上に、外部ゲート端子204aを備える第1
の導体パターン204bと、外部コレクタ端子205a
を備える第2の導体パターン205bと、エミッタ端子
206aを備える第3の導体パターン206bとを有し
ている。ここで、第2の導体パターン205bの表面に
は、IGBTチップ207のコレクタ電極、及び高速ダ
イオードチップ208のアノード電極が固着されている
。さらに、IGBTチップ207のエミッタ電極、及び
高速ダイオードチップ208のカソード電極はいずれも
、第3の導体パターン206bにアルミニウムワイヤー
209a,209bにより電気的接続されている。そし
て、IGBTチップ207のゲート電極部も、第1の導
体パターン204bにアルミニウムワイヤー209cを
介して電気的接続され、半導体スイッチング装置201
は、図14に示す等価回路を構成している。
[Prior Art] Switching devices using semiconductor elements are also used in switching circuits such as chopper circuits and half-bridge circuits in power supplies, etc., and a typical example is an insulated gate bipolar device shown in FIG. There are semiconductor switching devices that utilize transistors (hereinafter referred to as IGBTs). In the figure, 201 is a semiconductor switching device, and an insulating substrate 203 is fixed on the bottom plate 202 of the container. This insulating substrate 203 has a first external gate terminal 204a on its surface.
conductor pattern 204b and external collector terminal 205a
and a third conductor pattern 206b including an emitter terminal 206a. Here, the collector electrode of the IGBT chip 207 and the anode electrode of the high-speed diode chip 208 are fixed to the surface of the second conductor pattern 205b. Further, the emitter electrode of the IGBT chip 207 and the cathode electrode of the high-speed diode chip 208 are both electrically connected to the third conductor pattern 206b by aluminum wires 209a and 209b. The gate electrode portion of the IGBT chip 207 is also electrically connected to the first conductor pattern 204b via the aluminum wire 209c, and the semiconductor switching device 201
constitutes the equivalent circuit shown in FIG.

【0003】この等価回路において、IGBT211の
ゲートG6をゲート駆動回路により駆動することにより
、コレクタCからエミッタEへの電流が給断され、高速
ダイオード212が、負荷側からの電流を還流させるた
めのフリーホイーリングダイオードとして機能する。
In this equivalent circuit, the gate G6 of the IGBT 211 is driven by the gate drive circuit to supply or disconnect the current from the collector C to the emitter E, and the high speed diode 212 is used to circulate the current from the load side. Acts as a freewheeling diode.

【0004】0004

【発明が解決しようとする課題】かかる構成の半導体ス
イッチング装置201を、例えばチョッパ回路に使用し
て、IGBT211をオン状態(期間T11)から期間
12において、ターンオフさせると、図11に一点鎖線
220で示すように、IGBT211のコレクターエミ
ッタ間の電流IC0が低下してオフとなる。しかしなが
ら、少数キャリヤ素子たるIGBT211にはターンオ
フ時にテイル電流IC0′が発生するため、半導体スイ
ッチング装置201に大きなターンオフ損失が発生する
。 このターンオフ損失は、スイッチング損失としてスイッ
チング周波数に比例して、電源装置の変換効率を低下さ
せる。そこで、IGBT211の電流IC0の下降時間
を短縮して、ターンオフ損失の低減を図る必要があるが
、一般に、IGBT211の電流下降時間の短縮を図る
と、その飽和電圧(実線221で示すオン動作期間T1
1における電圧)が上昇し、逆にオン損失が増大する。 すなわち、IGBT211においては、下降時間と飽和
電圧とがトレードオフの関係にあるため、ターンオフ損
失及びオン損失のいずれをも低減することが困難である
。このためIGBT211を用いた従来のスイッチング
装置を使用した場合には、電源装置のスイッチング周波
数を高周波化するのに限界を有し、変換効率の向上に対
する妨げになっている。
[Problems to be Solved by the Invention] When the semiconductor switching device 201 having such a configuration is used, for example, in a chopper circuit, and the IGBT 211 is turned off from the on state (period T11) to the period 12, the state shown by the dashed-dotted line 220 in FIG. As shown, the collector-emitter current IC0 of the IGBT 211 decreases and the IGBT 211 is turned off. However, since a tail current IC0' is generated in the IGBT 211, which is a minority carrier element, at turn-off, a large turn-off loss occurs in the semiconductor switching device 201. This turn-off loss reduces the conversion efficiency of the power supply device as a switching loss in proportion to the switching frequency. Therefore, it is necessary to reduce the turn-off loss by shortening the fall time of the current IC0 of the IGBT 211. Generally speaking, when the current fall time of the IGBT 211 is shortened, its saturation voltage (on operation period T1 shown by the solid line 221)
1) increases, and conversely, the on-loss increases. That is, in the IGBT 211, since there is a trade-off relationship between the fall time and the saturation voltage, it is difficult to reduce both the turn-off loss and the on-loss. For this reason, when a conventional switching device using the IGBT 211 is used, there is a limit to increasing the switching frequency of the power supply device to a high frequency, which is an obstacle to improving conversion efficiency.

【0005】そこで、スイッチング装置に、IGBTチ
ップに代えて、多数キャリヤ素子たるMOSFETチッ
プを使用する方法が考えられる。この方法を採用すると
、MOSFETチップには、図11に破線222で示す
ように、ターンオフ時にテイル電流が発生しないので、
ターンオフ損失をIGBTに比して数分の一に低減でき
る。しかしながら、図12に一点鎖線223でMOSF
ETの電流−飽和電圧特性を示し、破線224でIGB
Tの電流−飽和電圧特性を示すように、MOSFETの
大電流領域における飽和電圧は、IGBTの飽和電圧に
比較して高いため、重負荷時等に大電流が流れると、オ
ン損失が大きくなり、逆に電源装置のスイッチング損失
が増大するという問題を有する。
[0005] Therefore, a method can be considered in which a MOSFET chip, which is a majority carrier element, is used in the switching device instead of an IGBT chip. When this method is adopted, no tail current is generated in the MOSFET chip at turn-off, as shown by the broken line 222 in FIG.
Turn-off loss can be reduced to a fraction of that of IGBT. However, in FIG.
The current-saturation voltage characteristics of ET are shown, and the broken line 224 indicates IGB
As shown in the current-saturation voltage characteristics of T, the saturation voltage in the large current region of MOSFET is higher than the saturation voltage of IGBT, so when a large current flows under heavy load, the on-loss increases, On the contrary, there is a problem in that the switching loss of the power supply device increases.

【0006】以上の問題を解消するために、発明者は、
IGBTとMOSFETを使用してスイッチング回路を
構成して、IGBTの高電流領域における低飽和電圧と
、MOSFETの低ターンオフ損失とを反映した回路構
成を提案するが、配線基板にそれぞれのチップを搭載す
ると、搭載部品が増加するという問題が発生するため、
実用面で好ましくない。
[0006] In order to solve the above problems, the inventors
We construct a switching circuit using IGBTs and MOSFETs, and propose a circuit configuration that reflects the low saturation voltage in the high current region of IGBTs and the low turn-off loss of MOSFETs, but when each chip is mounted on a wiring board, , due to the problem of an increase in the number of mounted parts,
Not desirable from a practical standpoint.

【0007】そこで、本発明の課題は、IGBTとMO
SFETとをモジュール化することにより、搭載する部
品点数を増加させることなく、IGBTチップとMOS
FETチップの特長を反映した回路を構成し、スイッチ
ング損失を低減可能な半導体スイッチング装置を実現す
ることにある。
[0007] Therefore, the problem of the present invention is to
By modularizing SFET, IGBT chips and MOS can be combined without increasing the number of mounted components.
The object of the present invention is to realize a semiconductor switching device that can reduce switching loss by configuring a circuit that reflects the features of FET chips.

【0008】[0008]

【課題を解決するための手段】上記課題を解決するため
に、IGBTチップとMOSFETチップとを使用した
半導体スイッチング装置において、本発明の講じた手段
は、IGBTチップとMOSFETチップとを個別に配
線基板上に搭載せずに、IGBTチップとMOSFET
チップとを容器内部に収納し、この容器内部で、IGB
Tチップのコレクタ電極とMOSFETチップのドレイ
ン電極とを外部コレクタ端子に電気的接続すると共に、
IGBTチップのエミッタ電極とMOSFETチップの
ソース電極とを外部エミッタ端子に電気的接続して、I
GBTチップとMOSFETチップとを並列接続するこ
とである。この構成の電気的接続には、例えば、IGB
Tチップのコレクタ電極及びMOSFETチップのドレ
イン電極のいずれをも、容器底面側の導体パターン上に
固着した構造等を採用することができる。
[Means for Solving the Problems] In order to solve the above problems, in a semiconductor switching device using an IGBT chip and a MOSFET chip, the means taken by the present invention is to separately connect the IGBT chip and the MOSFET chip to a wiring board. IGBT chip and MOSFET without being mounted on top
The chip is stored inside a container, and inside this container, the IGB
While electrically connecting the collector electrode of the T chip and the drain electrode of the MOSFET chip to an external collector terminal,
By electrically connecting the emitter electrode of the IGBT chip and the source electrode of the MOSFET chip to an external emitter terminal,
This is to connect a GBT chip and a MOSFET chip in parallel. Electrical connections in this configuration include, for example, IGB
It is possible to employ a structure in which both the collector electrode of the T chip and the drain electrode of the MOSFET chip are fixed on the conductor pattern on the bottom side of the container.

【0009】ここで、IGBTチップとMOSFETチ
ップとを共通のゲート駆動回路により駆動させるために
、容器内部に、IGBTチップのゲート電極及びMOS
FETのゲート電極に供給される共通の駆動信号を制御
して、MOSFETのターンオフ動作の後にMOSFE
Tチップをターンオフさせる駆動信号制御手段を有する
ことが好ましい。この場合の駆動信号制御手段としては
、例えば、IGBTチップのしきい値電圧に比して低い
MOSFETチップのしきい値電圧、または、IGBT
チップのゲート電極側の入力抵抗に比して大きなMOS
FET側の入力抵抗を利用できる。なお、IGBTチッ
プとMOSFETチップの外部ゲート端子は、共通の端
子として、それぞれ個別の端子として形成されているも
ののいずれをも採用できる。
Here, in order to drive the IGBT chip and the MOSFET chip by a common gate drive circuit, the gate electrode of the IGBT chip and the MOSFET chip are placed inside the container.
A common drive signal supplied to the gate electrode of the FET is controlled to turn off the MOSFET after the turn-off operation of the MOSFET.
It is preferable to have drive signal control means for turning off the T-chip. In this case, as the drive signal control means, for example, the threshold voltage of the MOSFET chip, which is lower than the threshold voltage of the IGBT chip, or the
MOS that is large compared to the input resistance on the gate electrode side of the chip
The input resistance on the FET side can be used. Note that the external gate terminals of the IGBT chip and the MOSFET chip can be either a common terminal or formed as separate terminals.

【0010】さらに、本発明においては、MOSFET
チップ内の形成される内部寄生ダイオードを高速ダイオ
ードとしておくことが好ましい。
Furthermore, in the present invention, MOSFET
Preferably, the internal parasitic diodes formed within the chip are fast diodes.

【0011】[0011]

【作用】本発明に係る半導体スイッチング装置において
は、IGBTチップのコレクタ電極とMOSFETチッ
プのドレイン電極とが外部エミッタ端子に電気的接続し
ていると共に、IGBTチップのエミッタ電極とMOS
FETチップのソース電極とが外部コレクタ電極に電気
的接続し、並列接続している。このため、半導体スイッ
チング装置のコレクタ−エミッタ間の電流は、並列接続
するIGBTチップとMOSFETチップとに分流され
る。ここで、小電流領域では、MOSFETの方がIG
BTに比して飽和電圧が低く、逆に、大電流領域では、
IBGTの方がMOSFETに比して飽和電圧が低い。 従って、半導体スイッチング装置のコレクタ−エミッタ
間の電流は、軽負荷時等の小電流条件では、MOSFE
T側に流れる一方、重負荷時等の大電流条件では、IG
BT側に流れる。すなわち、半導体スイッチング装置は
、電流レベルに対応して、飽和電圧の低い方の半導体チ
ップの飽和電圧を示すので、半導体スイッチング装置の
飽和電圧は、小電流条件から大電流条件の広い条件範囲
にわたって低い。よって、オン損失を低減することがで
きるので、電源装置の変換効率を高めることができる。
[Operation] In the semiconductor switching device according to the present invention, the collector electrode of the IGBT chip and the drain electrode of the MOSFET chip are electrically connected to an external emitter terminal, and the emitter electrode of the IGBT chip and the MOS
The source electrode of the FET chip is electrically connected to the external collector electrode and connected in parallel. Therefore, the collector-emitter current of the semiconductor switching device is divided into the IGBT chip and MOSFET chip that are connected in parallel. Here, in the small current region, MOSFET is better than IG.
The saturation voltage is lower than that of BT, and conversely, in the large current region,
IBGT has a lower saturation voltage than MOSFET. Therefore, under small current conditions such as during light load, the current between the collector and emitter of the semiconductor switching device is
On the other hand, under large current conditions such as during heavy loads, the IG
Flows to the BT side. In other words, the semiconductor switching device exhibits the saturation voltage of the semiconductor chip with the lower saturation voltage in response to the current level, so the saturation voltage of the semiconductor switching device is low over a wide range of conditions from small current conditions to large current conditions. . Therefore, since the on-loss can be reduced, the conversion efficiency of the power supply device can be increased.

【0012】ここで、ゲート駆動回路のシーケンスを、
IGBTを先にターンオフさせた後に、MOSFETチ
ップをターンオフさせるようにすると、IGBTがター
ンオフ動作した時、テイル電流が発生しても、MOSF
ETがオン状態にあるので、半導体スイッチング装置に
テイル電流に起因するターンオフ損失が発生しない。
Here, the sequence of the gate drive circuit is as follows:
If you turn off the IGBT first and then turn off the MOSFET chip, even if a tail current occurs when the IGBT turns off, the MOSFET chip will turn off.
Since ET is in the on state, turn-off loss due to tail current does not occur in the semiconductor switching device.

【0013】すなわち、MOSFETがターンオフ動作
した時に、半導体スイッチング装置がターンオフし、半
導体スイッチング装置は、実質的にMOSFETのター
ンオフ特性を有するので、ターンオフ損失も低い。よっ
て、スイッチング損失を低減できるので、変換効率をさ
らに向上させることができる。
That is, when the MOSFET turns off, the semiconductor switching device turns off, and since the semiconductor switching device substantially has the turn-off characteristics of a MOSFET, the turn-off loss is also low. Therefore, since switching loss can be reduced, conversion efficiency can be further improved.

【0014】しかも、MOSFET及びIGBTは容器
内部に収納されて、モジュール化されているので、個別
に配線基板に搭載する必要がなく、部品点数の増大を招
くことがない。また、回路構成を簡略化することもでき
る。
Moreover, since the MOSFET and IGBT are housed inside the container and are modularized, there is no need to mount them individually on the wiring board, and the number of parts does not increase. Moreover, the circuit configuration can also be simplified.

【0015】ここで、IGBTチップに比して低いMO
SFETチップのしきい値電圧、または、IGBTチッ
プのゲート電極側の入力抵抗に比して大きなMOSFE
Tチップのゲート電極側の入力抵抗等の駆動信号制御手
段を有している場合には、同一のゲート駆動回路を使用
しても、常にIGBTが先にターンオフし、常にMOS
FETが後にターンオフするシーケンスを構成すること
ができるので、ゲート駆動回路の共通化を実現できる。
[0015] Here, the MO is lower than that of the IGBT chip.
A MOSFE that is larger than the threshold voltage of the SFET chip or the input resistance on the gate electrode side of the IGBT chip.
If the T-chip has a drive signal control means such as an input resistor on the gate electrode side, even if the same gate drive circuit is used, the IGBT will always turn off first and the MOS will always turn off.
Since it is possible to configure a sequence in which the FET is turned off later, it is possible to realize a common gate drive circuit.

【0016】さらに、ターンオフ時に、スイッチング装
置の負荷側のリアクタンス等から還流してくる電流を通
過させるために、チョッパー回路等においては、IGB
Tに並列に高速ダイオードを接続して、フリーホイール
ダイオードとする。また、MOSFETの内部寄生ダイ
オードの逆回復時間が長い場合には、負荷側から還流し
てくる電流に起因して、MOSFETの損傷等が発生す
るので、MOSFETに逆阻止用ダイオードを直列接続
して、内部寄生ダイオードが機能しないようにする。こ
こで、MOSFETの内部寄生ダイオードを逆回復特性
が良好な高速ダイオードとして形成した場合には、この
内部寄生ダイオードが、IGBTに並列接続されるフリ
ーホイーリンルダイオードとして、また、MOSFET
の内部寄生ダイオードに対する逆阻止用ダイオードとし
て機能するので、これらのダイオードを省略することも
できる。しかも、MOSFETの直列接続するダイオー
ドの順方向電圧降下を除去できるので、MOSFET側
のオン電圧が高くならず、オン損失を低く保持できる。
Furthermore, in order to pass the current flowing back from the reactance on the load side of the switching device at the time of turn-off, the IGB is used in the chopper circuit, etc.
Connect a high speed diode in parallel with T to make it a freewheeling diode. In addition, if the reverse recovery time of the internal parasitic diode of the MOSFET is long, the MOSFET may be damaged due to the current circulating from the load side, so connect a reverse blocking diode in series with the MOSFET. , to prevent internal parasitic diodes from functioning. Here, if the internal parasitic diode of the MOSFET is formed as a high-speed diode with good reverse recovery characteristics, this internal parasitic diode can be used as a free-wheeling diode connected in parallel to the IGBT,
Since these diodes function as reverse blocking diodes for the internal parasitic diodes, these diodes can be omitted. Moreover, since the forward voltage drop of the diodes connected in series with the MOSFET can be removed, the on-voltage on the MOSFET side does not increase, and the on-loss can be kept low.

【0017】[0017]

【実施例】【Example】

〔実施例1〕次に、本発明の実施例1に係る半導体スイ
チング装置を、図1を参照して、説明する。
[Embodiment 1] Next, a semiconductor switching device according to Embodiment 1 of the present invention will be described with reference to FIG.

【0018】図1は、本例の半導体スイッチング装置の
側板及び蓋板を取り除いて、その内部を示す斜視図であ
る。
FIG. 1 is a perspective view showing the inside of the semiconductor switching device of this example with side plates and a cover plate removed.

【0019】図において、1は半導体スイッチング装置
であり、容器底板2の上には、絶縁基板3が固着されて
いる。この絶縁基板3は、その表面上に、第1の外部ゲ
ート端子4aを備える第1の導体パターン4bと、第2
の外部ゲート端子5aを備える第2の導体パターン5b
と、外部コレクタ端子6aを備える第3の導体パターン
6bと、エミッタ端子7aを備える第4の導体パターン
7bと、MOSFETチップが固着される第5の導体パ
ターン8とを有している。ここで、第3の導体パターン
6bの表面には、IGBTチップ9のコレクタ電極と、
フリーホイールダイオードとしての高速ダイオードチッ
プ10のアノード電極と、MOSFETチップの内部寄
生ダイオードに対する逆阻止用ダイオードとしてのショ
ットキーバリヤーダイオードチップ11のカソード電極
とが固着されて電気的接続している。また、第5の導体
パターン8の表面にはMOSFETチップ12のドレイ
ン電極が固着されて電気的接続している。この第5の導
体パターン8と、ショットキーバリヤーダイオードチッ
プ11のアノード電極とはアルミニウムワイヤー13a
により電気的接続されており、MOSFETチップ12
とショットキーバリヤーダイオードチップ11とは直列
接続している。ここで、MOSFETチップ12のゲー
ト電極と第2の導体パターン5bとは、アルミニウムワ
イヤー13bにより電気的接続されて、MOSFETチ
ップ12は第2の外部ゲート端子5aからの信号により
駆動されるようになっている。一方、IGBTチップ9
のゲート電極は、第1の導体パターン4bにアルミニウ
ムワイヤー13cにより電気的接続されて、IGBTチ
ップ9は第1の外部ゲート端子4aからの信号により駆
動されるようになっている。さらに、IGBTチップ9
のエミッタ電極、及び高速ダイオードチップ10のカソ
ード電極、MOSFETチップ12のソース電極はいず
れも、第4の導体パターン7bにアルミニウムワイヤー
13d,13e,13fにより電気的接続されている。
In the figure, reference numeral 1 denotes a semiconductor switching device, and an insulating substrate 3 is fixed on the bottom plate 2 of the container. This insulating substrate 3 has, on its surface, a first conductor pattern 4b having a first external gate terminal 4a, and a second conductor pattern 4b.
a second conductor pattern 5b having an external gate terminal 5a;
, a third conductor pattern 6b having an external collector terminal 6a, a fourth conductor pattern 7b having an emitter terminal 7a, and a fifth conductor pattern 8 to which a MOSFET chip is fixed. Here, the collector electrode of the IGBT chip 9 is provided on the surface of the third conductor pattern 6b,
The anode electrode of the high-speed diode chip 10 as a freewheel diode and the cathode electrode of the Schottky barrier diode chip 11 as a reverse blocking diode for the internal parasitic diode of the MOSFET chip are fixed and electrically connected. Furthermore, the drain electrode of the MOSFET chip 12 is fixed to the surface of the fifth conductive pattern 8 and electrically connected thereto. This fifth conductor pattern 8 and the anode electrode of the Schottky barrier diode chip 11 are connected to an aluminum wire 13a.
is electrically connected to the MOSFET chip 12
and the Schottky barrier diode chip 11 are connected in series. Here, the gate electrode of the MOSFET chip 12 and the second conductor pattern 5b are electrically connected by the aluminum wire 13b, and the MOSFET chip 12 is driven by a signal from the second external gate terminal 5a. ing. On the other hand, IGBT chip 9
The gate electrode is electrically connected to the first conductor pattern 4b by an aluminum wire 13c, so that the IGBT chip 9 is driven by a signal from the first external gate terminal 4a. Furthermore, IGBT chip 9
The emitter electrode of the high-speed diode chip 10, the cathode electrode of the high-speed diode chip 10, and the source electrode of the MOSFET chip 12 are all electrically connected to the fourth conductor pattern 7b by aluminum wires 13d, 13e, and 13f.

【0020】この構成の半導体スイッチング装置1の等
価回路を、図2に示す。
FIG. 2 shows an equivalent circuit of the semiconductor switching device 1 having this configuration.

【0021】この等価回路において、IGBT21とM
OSFET23とは並列接続されており、IGBT21
のエミッタとMOSFET23のソースとは、半導体ス
イッチング装置1のエミッタEに同電位で接続し、IG
BT21のコレクタとMOSFET23のドレイン側と
は、半導体スイッチング装置1のコレクタCに接続して
いる。また、IGBT21のゲートは半導体スイッチン
グ装置1の第1のゲートG1を介して第1のゲート駆動
回路に接続され、MOSFET23のゲートは半導体ス
イッチング装置1の第2のゲートG2を介して第2のゲ
ート駆動回路に接続されるようになっている。ここで、
IGBT21に並列接続されている高速ダイオード22
は、負荷側たるエミッタEから還流してくる電流に対す
るフリーホイールダイオードとして機能する。一方、M
OSFET23に直列接続されているショットキーバリ
ヤーダイオード24は、ターンオフ時に負荷側から還流
する電流がMOSFET23の内部寄生ダイオード25
に転流しないように機能し、内部寄生ダイオード25の
逆回復時間が長い場合であっても、スイッチング損失の
増大や素子破壊等の発生を防止する。
In this equivalent circuit, IGBT21 and M
It is connected in parallel with OSFET23, and IGBT21
The emitter of the MOSFET 23 and the source of the MOSFET 23 are connected to the emitter E of the semiconductor switching device 1 at the same potential, and the IG
The collector of BT21 and the drain side of MOSFET23 are connected to collector C of semiconductor switching device 1. Further, the gate of the IGBT 21 is connected to the first gate drive circuit via the first gate G1 of the semiconductor switching device 1, and the gate of the MOSFET 23 is connected to the second gate drive circuit via the second gate G2 of the semiconductor switching device 1. It is designed to be connected to the drive circuit. here,
High-speed diode 22 connected in parallel to IGBT 21
functions as a freewheeling diode for the current flowing back from the emitter E, which is the load side. On the other hand, M
The Schottky barrier diode 24 connected in series to the OSFET 23 is configured so that the current flowing back from the load side at turn-off is connected to the internal parasitic diode 25 of the MOSFET 23.
Even if the reverse recovery time of the internal parasitic diode 25 is long, increasing switching loss and element breakdown are prevented.

【0022】次に、半導体スイッチング装置1をチョッ
パー回路に使用した場合の動作を、図2及び図3を参照
して、説明する。
Next, the operation when the semiconductor switching device 1 is used in a chopper circuit will be explained with reference to FIGS. 2 and 3.

【0023】図3は半導体スイッチング装置1の動作状
態を示すタイミングチャートであり、図3(a)に半導
体スイッチング装置1の電圧・電流特性を、図3(b)
にMOSFET23の電圧・電流特性を、図3(c)に
IGBT21の電圧・電流特性を、図3(d)にMOS
FET23を駆動するゲート電圧VG1を、図3(e)
にIGBT21を駆動するゲート電圧VG2を示す。な
お、図3(a)〜図3(e)において、実線が電圧波形
を示し、破線が電流波形を示す。
FIG. 3 is a timing chart showing the operating state of the semiconductor switching device 1. FIG. 3(a) shows the voltage/current characteristics of the semiconductor switching device 1, and FIG. 3(b) shows the voltage/current characteristics of the semiconductor switching device 1.
Figure 3(c) shows the voltage/current characteristics of the MOSFET23, Figure 3(d) shows the voltage/current characteristics of the IGBT21, and Figure 3(d) shows the voltage/current characteristics of the MOSFET23.
The gate voltage VG1 that drives FET23 is shown in FIG. 3(e).
2 shows the gate voltage VG2 that drives the IGBT 21. Note that in FIGS. 3(a) to 3(e), solid lines indicate voltage waveforms, and broken lines indicate current waveforms.

【0024】図3(d)及び図3(e)に示すように、
MOSFET23及びIGBT21のゲート電圧は、期
間T1において、MOSFET23のゲート電圧VG1
がしきい値電圧VM1に達した後、期間T2を経過し、
期間T3においてIGBT21のゲート電圧G2が遅れ
てしきい値電圧VI1に達する。また、期間T4を経過
した後、ゲート電圧が低下し、期間T5においてIGB
T21のゲート電圧G2がしきい値電圧VI1まで低下
した後、期間T6を経過し、期間T7においてMOSF
ET23のゲート電圧VG1は遅れてしきい値電圧VM
1まで低下する。 従って、ターンオン時には、MOSFET23がターン
オンした後、IGBT21が遅れてターンオンし、ター
ンオフ時には、逆に、IGBT21がターンオフした後
、MOSFET23が遅れてターンオフする。
As shown in FIGS. 3(d) and 3(e),
The gate voltages of MOSFET 23 and IGBT 21 are equal to the gate voltage VG1 of MOSFET 23 during period T1.
After reaching the threshold voltage VM1, a period T2 elapses,
In the period T3, the gate voltage G2 of the IGBT 21 reaches the threshold voltage VI1 with a delay. Further, after the period T4, the gate voltage decreases, and in the period T5, the IGB
After the gate voltage G2 of T21 drops to the threshold voltage VI1, a period T6 elapses, and in a period T7, the MOSF
The gate voltage VG1 of ET23 reaches the threshold voltage VM with a delay.
It drops to 1. Therefore, at turn-on, IGBT 21 is turned on with a delay after MOSFET 23 is turned on, and conversely, at turn-off, after IGBT 21 is turned off, MOSFET 23 is turned off with a delay.

【0025】このため、図3(a)〜図3(c)に示す
ように、半導体スイッチング装置1のターンオンから定
常状態までの動作における電流・電圧特性においては、
期間T1で、MOSFET23のゲート電圧G1がしき
い値電圧VM1に達して、MOSFET23の側に電流
ID1が流れ、半導体スイッチング装置1の電圧VT1
が低下する。その後、期間T3においてIGBT21の
ゲート電圧VG2がしきい値電圧VI1に達すると、電
流IT1が分流して、IGBT21の側にも電流IC1
が流れる。
Therefore, as shown in FIGS. 3(a) to 3(c), the current/voltage characteristics during the operation of the semiconductor switching device 1 from turn-on to steady state are as follows.
In period T1, the gate voltage G1 of the MOSFET 23 reaches the threshold voltage VM1, the current ID1 flows to the MOSFET 23 side, and the voltage VT1 of the semiconductor switching device 1 increases.
decreases. Thereafter, when the gate voltage VG2 of the IGBT 21 reaches the threshold voltage VI1 in the period T3, the current IT1 is shunted and the current IC1 is also applied to the IGBT 21 side.
flows.

【0026】一方、定常状態からのターンオフ時におい
ては、期間T5で、IGBT21のゲート電圧VG2が
しきい値電圧VI1にまで低下すると、IGBT21の
側の電流IC1が低下すると共に、テイル電流IC1′
が発生するが、この電流変動はMOSFET23の電流
ID1に吸収されて、半導体スイッチング装置1を流れ
る電流は、定常状態に保持される。すなわち、この時点
では、半導体スイッチング装置1はオン状態にあり、テ
イル電流IC1′に起因するターンオフ損失が発生しな
い。
On the other hand, during turn-off from the steady state, when the gate voltage VG2 of the IGBT 21 decreases to the threshold voltage VI1 in the period T5, the current IC1 on the IGBT 21 side decreases and the tail current IC1'
However, this current fluctuation is absorbed by the current ID1 of the MOSFET 23, and the current flowing through the semiconductor switching device 1 is maintained in a steady state. That is, at this point, the semiconductor switching device 1 is in the on state, and no turn-off loss occurs due to the tail current IC1'.

【0027】この後、期間T7において、MOSFET
23のゲート電圧VG1がしきい値電圧VM1にまで低
下すると、MOSFET23の側の電流ID1も低下し
て、半導体スイッチング装置1を流れる電流IT1が低
下し、オフ状態となる。
After this, in period T7, the MOSFET
When the gate voltage VG1 of MOSFET 23 decreases to the threshold voltage VM1, the current ID1 on the MOSFET 23 side also decreases, the current IT1 flowing through the semiconductor switching device 1 decreases, and the MOSFET 23 becomes in an off state.

【0028】以上のとおり、本例の半導体スイッチング
装置1においては、ターンオフ時の過渡特性に、MOS
FET23のターンオフ特性が反映され、ターンオフ損
失が大きいIGBT21のターンオフ特性は発現しない
ため、スイッチング周波数が高い場合であっても、スイ
ッチング損失が小さいので、電源装置の変換効率を高め
ることができる。また、本例の半導体スイッチング装置
1においては、コレクタ電流IT1は、定常状態におい
ては、MOSFET23とIGBT21に分流され、飽
和電圧の低い方のチップが大きな電流を分担する。ここ
で、各チップの電流レベルと飽和電圧の関係は、図12
に基づいて前述したとおり、小電流領域においてはMO
SFET23の飽和電圧が低く、大電流領域においては
IGBT21の飽和電圧が低い。従って、低負荷で小電
流レベルの条件下では、MOSFET23の方に大きな
電流が流れ、高負荷で大電流の条件下では、IGBT2
1の方に大きな電流が流れるので、半導体スイッチング
装置1の飽和電圧は、図12に実線線225で示すよう
に、広い電流領域にわたって低いので、いずれの負荷状
態にあっても、半導体スイッチング装置1で発生するオ
ン損失も小さい。よって、電源装置の変換効率をさらに
高めることができる。しかも、いずれのチップも、容器
内部に固着されてモジュール化されているので、配線基
板に搭載する場合でも、スイッチング装置としては1つ
の部品でよいので、搭載スペースが小さく、部品の搭載
を効率よく行なうことができる。また、配線長も短縮さ
れているため、配線によるL分が低いので、L分に起因
するサージ電圧及び振動等の発生も抑制できる。
As described above, in the semiconductor switching device 1 of this example, the transient characteristics at the time of turn-off depend on the MOS
The turn-off characteristics of the FET 23 are reflected and the turn-off characteristics of the IGBT 21, which has a large turn-off loss, are not expressed, so even if the switching frequency is high, the switching loss is small, so the conversion efficiency of the power supply device can be increased. Further, in the semiconductor switching device 1 of this example, the collector current IT1 is divided into the MOSFET 23 and the IGBT 21 in a steady state, and the chip with the lower saturation voltage shares a large current. Here, the relationship between the current level and saturation voltage of each chip is shown in Figure 12.
As mentioned above based on the above, in the small current region, MO
The saturation voltage of the SFET 23 is low, and the saturation voltage of the IGBT 21 is low in the large current region. Therefore, under conditions of low load and small current level, a large current flows to MOSFET23, and under conditions of high load and large current, IGBT2
Since a large current flows toward the semiconductor switching device 1, the saturation voltage of the semiconductor switching device 1 is low over a wide current range, as shown by the solid line 225 in FIG. The on-loss that occurs is also small. Therefore, the conversion efficiency of the power supply device can be further improved. Moreover, since both chips are fixed inside the container and made into modules, even when mounted on a wiring board, only one component is required as a switching device, so the mounting space is small and components can be mounted efficiently. can be done. In addition, since the wiring length is also shortened, the L component due to the wiring is low, so it is possible to suppress the occurrence of surge voltages, vibrations, etc. due to the L component.

【0029】〔実施例2〕次に、本発明の実施例2に係
る半導体スイチング装置を、図4を参照して、説明する
[Embodiment 2] Next, a semiconductor switching device according to Embodiment 2 of the present invention will be described with reference to FIG. 4.

【0030】図4は、本例の半導体スイッチング装置の
側板及び蓋板を取り除いて、その内部を示す斜視図であ
る。
FIG. 4 is a perspective view showing the inside of the semiconductor switching device of this example with the side plate and cover plate removed.

【0031】図において、31は半導体スイッチング装
置であり、容器底板32に固着されている絶縁基板33
は、その表面上に、外部ゲート端子34aを備える第1
の導体パターン34bと、外部コレクタ端子35aを備
える第2の導体パターン35bと、エミッタ端子36a
を備える第3の導体パターン36bと、MOSFETチ
ップが固着される第4の導体パターン37とを有してい
る。ここで、実施例1の半導体スイッチング装置1と同
様に、第2の導体パターン35bの表面には、IGBT
チップ38のコレクタ電極と、高速ダイオードチップ3
9のアノード電極と、ショットキーバリヤーダイオード
チップ40のカソード電極とが固着されて、電気的接続
している。また、第4の導体パターン37の表面にはM
OSFETチップ41のドレイン電極が固着されて、電
気的接続している。
In the figure, 31 is a semiconductor switching device, and an insulating substrate 33 is fixed to the bottom plate 32 of the container.
has an external gate terminal 34a on its surface.
a second conductor pattern 35b including an external collector terminal 35a, and an emitter terminal 36a.
and a fourth conductor pattern 37 to which a MOSFET chip is fixed. Here, similarly to the semiconductor switching device 1 of the first embodiment, an IGBT is provided on the surface of the second conductor pattern 35b.
Collector electrode of chip 38 and high speed diode chip 3
The anode electrode of 9 and the cathode electrode of the Schottky barrier diode chip 40 are fixed and electrically connected. Further, on the surface of the fourth conductor pattern 37, M
The drain electrode of the OSFET chip 41 is fixed and electrically connected.

【0032】ここで、IGBTチップ38とMOSFE
Tチップ41としては、IGBTチップ38のしきい値
電圧が、MOSFETチップ41のしきい値電圧に比較
して高いものが使用されている。また、IGBTチップ
38のゲート電極、及びMOSFETチップ41のゲー
ト電極のいずれも、アルミニウムワイヤー42a,42
bにより第1の導体パターン34bに電気的接続されて
いる。その他の構成は、実施例1の半導体スイッチング
装置1と同様の構成であり、説明を省略する。
Here, the IGBT chip 38 and the MOSFE
As the T-chip 41, one in which the threshold voltage of the IGBT chip 38 is higher than that of the MOSFET chip 41 is used. Further, both the gate electrode of the IGBT chip 38 and the gate electrode of the MOSFET chip 41 are connected to the aluminum wires 42a and 42.
b is electrically connected to the first conductor pattern 34b. The other configurations are the same as those of the semiconductor switching device 1 of Example 1, and description thereof will be omitted.

【0033】この構成の半導体スイッチング装置1の等
価回路は、図5に示すとおり、IGBT51,MOSF
ET52,高速ダイオード53,ショットキーバリヤー
ダイオード54,MOSFET52の内部寄生ダイオー
ド55により、図2と同様に構成されているが、IGB
T51のゲート、及びMOSFET52のいずれも、ゲ
ートG3を介してゲート駆動回路に接続され、IGBT
51及びMOSFET52は共通のゲート駆動回路によ
り駆動される構成になっている。
The equivalent circuit of the semiconductor switching device 1 having this configuration is as shown in FIG.
The structure is similar to that shown in FIG. 2, including an ET52, a high-speed diode 53, a Schottky barrier diode 54, and an internal parasitic diode 55 of the MOSFET52, but the IGB
Both the gate of T51 and MOSFET52 are connected to the gate drive circuit via the gate G3, and the IGBT
51 and MOSFET 52 are configured to be driven by a common gate drive circuit.

【0034】次に、半導体スイッチング装置31をチョ
ッパー回路に使用した場合の動作を、図5及び図6を参
照して、説明する。
Next, the operation when the semiconductor switching device 31 is used in a chopper circuit will be explained with reference to FIGS. 5 and 6.

【0035】図6は半導体スイッチング装置31の動作
状態を示すタイミングチャートであり、図6(a)に半
導体スイッチング装置31の電圧・電流特性を、図6(
b)にMOSFET53の電圧・電流特性を、図6(c
)にIGBT51の電圧・電流特性を、図6(d)にM
OSFET53及びIGBT51を駆動するゲート電圧
VG3を示す。なお、図6(a)〜図6(d)において
も、電圧波形は実線で示し、電流波形は破線で示す。
FIG. 6 is a timing chart showing the operating state of the semiconductor switching device 31, and FIG. 6(a) shows the voltage/current characteristics of the semiconductor switching device 31.
b) shows the voltage/current characteristics of MOSFET53, and Fig. 6(c) shows the voltage/current characteristics of MOSFET53.
) shows the voltage/current characteristics of IGBT51, and Fig. 6(d) shows the voltage/current characteristics of IGBT51.
The gate voltage VG3 that drives the OSFET 53 and IGBT 51 is shown. Note that also in FIGS. 6(a) to 6(d), the voltage waveform is shown by a solid line, and the current waveform is shown by a broken line.

【0036】ここで、図6(d)に示すように、MOS
FET53及びIGBT51のゲート電圧VG3は、期
間T11において、MOSFET53のしきい値電圧V
M2に達した後、期間T12を経過し、期間T13にお
いてIGBT51のしきい値電圧VI2に達する。また
、期間T14を経過した後、ゲート電圧VG3が低下し
、期間T15においてゲート電圧VG3がIGBT51
のしきい値電圧VI2にまで低下した後、期間T16を
経過し、期間T17において、MOSFET53のゲー
ト電圧はしきい値電圧VM2まで低下する。このように
、半導体スイッチング装置1においては、MOSFET
53及びIGBT51のゲート駆動回路は共通であるが
、IGBT51のしきい値電圧VI2が、MOSFET
53のしきい値電圧VM2に比較して高いので、MOS
FET53がターンオンした後、IGBT51が遅れて
ターンオンし、ターンオフ時には、IGBT51がター
ンオフした後、MOSFET53が遅れてターンオフす
る。
Here, as shown in FIG. 6(d), the MOS
The gate voltage VG3 of the FET 53 and the IGBT 51 is equal to the threshold voltage V of the MOSFET 53 during the period T11.
After reaching M2, a period T12 elapses, and the threshold voltage VI2 of the IGBT 51 is reached in a period T13. Further, after the period T14 passes, the gate voltage VG3 decreases, and in the period T15, the gate voltage VG3 increases to the IGBT51.
After decreasing to the threshold voltage VI2, a period T16 elapses, and in a period T17, the gate voltage of the MOSFET 53 decreases to the threshold voltage VM2. In this way, in the semiconductor switching device 1, the MOSFET
53 and IGBT51 have the same gate drive circuit, but the threshold voltage VI2 of IGBT51 is different from that of MOSFET
Since the threshold voltage VM2 is higher than that of 53, the MOS
After the FET 53 is turned on, the IGBT 51 is turned on with a delay, and at turn-off, after the IGBT 51 is turned off, the MOSFET 53 is turned off with a delay.

【0037】従って、図6(a)〜図6(c)に示すよ
うに、半導体スイッチング装置31のターンオンから定
常状態においては、期間T11で、MOSFET53の
側に電流ID2が流れた後、期間T13において電流I
T2が分流してIGBT51の側に電流IC2が流れる
Therefore, as shown in FIGS. 6(a) to 6(c), in the steady state from turn-on of the semiconductor switching device 31, the current ID2 flows to the MOSFET 53 side in the period T11, and then the current ID2 flows in the period T13. The current I at
T2 is shunted and current IC2 flows to the IGBT 51 side.

【0038】一方、定常状態からのターンオフ動作にお
いて、期間T15では、IGBT51の側の電流IC2
にテイル電流IC2′が発生するが、この期間に半導体
スイッチング装置31の電流IT2及び電圧VT2は、
定常オン状態に保持されている。この後、期間T17に
おいて、ゲート電圧がMOSFET53のしきい値電圧
VM2にまで低下すると、MOSFET53の側の電流
ID2も低下して、半導体スイッチング装置31を流れ
る電流IT2が低下し、オフ状態となる。
On the other hand, in the turn-off operation from the steady state, during the period T15, the current IC2 on the IGBT51 side
A tail current IC2' is generated during this period, but the current IT2 and voltage VT2 of the semiconductor switching device 31 are
It is kept in a steady on state. After this, in period T17, when the gate voltage decreases to the threshold voltage VM2 of MOSFET 53, current ID2 on the side of MOSFET 53 also decreases, current IT2 flowing through semiconductor switching device 31 decreases, and it becomes an OFF state.

【0039】従って、本例の半導体スイッチング装置3
1においては、IGBT51とMOSFET53のしき
い値電圧の差を利用して、ターンオフ時の過渡特性に、
MOSFET53のターンオフ特性を反映させ、ターン
オフ損失が大きいIGBT51のターンオフ特性を吸収
しているので、スイッチング損失が低く、また、共通の
ゲート駆動回路で制御しているので、回路構成が簡略化
できる。また、本例の半導体スイッチング装置31にお
いても、小電流レベルの条件下では、MOSFET53
の方に大きな電流が流れ、大電流の条件下では、IGB
T51の方に大きな電流が流れるので、いずれの電流領
域においても、半導体スイッチング装置31で発生する
損失が小さいので、電源装置の変換効率を高めることが
できる。
Therefore, the semiconductor switching device 3 of this example
In No. 1, the difference in threshold voltage between IGBT 51 and MOSFET 53 is used to adjust the transient characteristics at turn-off.
Since the turn-off characteristics of the MOSFET 53 are reflected and the turn-off characteristics of the IGBT 51, which has a large turn-off loss, are absorbed, the switching loss is low, and since control is performed by a common gate drive circuit, the circuit configuration can be simplified. Also, in the semiconductor switching device 31 of this example, under the condition of a small current level, the MOSFET 53
A large current flows towards the IGB, and under large current conditions, the IGB
Since a large current flows toward T51, the loss generated in the semiconductor switching device 31 is small in any current region, so that the conversion efficiency of the power supply device can be increased.

【0040】しかも、スイッチング装置はモジュール化
されているので、搭載スペースが小さく、部品の搭載が
容易である。
Moreover, since the switching device is modularized, the mounting space is small and components can be easily mounted.

【0041】〔実施例3〕次に、本発明の実施例3に係
る半導体スイチング装置を、図7を参照して、説明する
[Embodiment 3] Next, a semiconductor switching device according to Embodiment 3 of the present invention will be described with reference to FIG.

【0042】図7は、本例の半導体スイッチング装置の
側板及び蓋板を取り除いて、その内部を示す斜視図であ
る。
FIG. 7 is a perspective view showing the inside of the semiconductor switching device of this example with the side plate and cover plate removed.

【0043】図において、61は半導体スイッチング装
置であり、容器底板6の上の絶縁基板63は、その表面
上に、外部ゲート端子64aを備える第1の導体パター
ン64bと、外部コレクタ端子65aを備える第2の導
体パターン65bと、エミッタ端子66aを備える第3
の導体パターン36bと、MOSFETチップが固着さ
れる第4の導体パターン67とを有している。ここで、
実施例1及び実施例2の半導体スイッチング装置と同様
に、第2の導体パターン65bの表面には、IGBTチ
ップ68のコレクタ電極と、高速ダイオードチップ69
のアノード電極と、ショットキーバリヤーダイオードチ
ップ70のカソード電極とが固着されて電気的接続し、
第4の導体パターン67の表面にはMOSFETチップ
71のドレイン電極が固着されて電気的接続している。
In the figure, 61 is a semiconductor switching device, and an insulating substrate 63 on the container bottom plate 6 is provided with a first conductor pattern 64b having an external gate terminal 64a and an external collector terminal 65a on its surface. A third conductor pattern including a second conductor pattern 65b and an emitter terminal 66a.
conductor pattern 36b, and a fourth conductor pattern 67 to which a MOSFET chip is fixed. here,
Similar to the semiconductor switching devices of Examples 1 and 2, the collector electrode of the IGBT chip 68 and the high-speed diode chip 69 are provided on the surface of the second conductor pattern 65b.
The anode electrode of the Schottky barrier diode chip 70 and the cathode electrode of the Schottky barrier diode chip 70 are fixed and electrically connected,
The drain electrode of the MOSFET chip 71 is fixed to the surface of the fourth conductive pattern 67 and electrically connected thereto.

【0044】ここで、第1の導体パターン64bの表面
には、抵抗チップ72a,72bが固着されて電気的接
続しており、抵抗チップ72aにIGBTチップ68の
ゲート電極が、抵抗チップ72bにMOSFETチップ
71のゲート電極が、それぞれ、アルミニウムワイヤー
73a,73bにより電気的接続されている。これらの
抵抗チップ72a,72bのうち、抵抗チップ72bに
は、その抵抗値が抵抗チップ72aの抵抗値に比して大
きなものが使用されている。なお、IGBTチップ68
及びMOSFETチップ71は、実施例2のIGBTチ
ップ38及びMOSFETチップ41と異なり、略同レ
ベルのしきい値電圧を有するものが使用されている。そ
の他の構成は、実施例1の半導体スイッチング装置1と
同様の構成であり、説明を省略する。
Here, resistor chips 72a and 72b are fixed and electrically connected to the surface of the first conductor pattern 64b, and the gate electrode of the IGBT chip 68 is connected to the resistor chip 72a, and the MOSFET is connected to the resistor chip 72b. Gate electrodes of the chip 71 are electrically connected by aluminum wires 73a and 73b, respectively. Among these resistor chips 72a and 72b, the resistor chip 72b has a resistance value larger than that of the resistor chip 72a. In addition, IGBT chip 68
The MOSFET chip 71 is different from the IGBT chip 38 and the MOSFET chip 41 of the second embodiment, and has threshold voltages of approximately the same level. The other configurations are the same as those of the semiconductor switching device 1 of Example 1, and description thereof will be omitted.

【0045】この構成の半導体スイッチング装置1の等
価回路は、図8に示すとおり、IGBT81,MOSF
ET82,高速ダイオード83,ショットキーバリヤー
ダイオード84,MOSFET82の寄生ダイオード8
5によって、構成されているが、IGBT81のゲート
は小きな入力抵抗86aを介し、MOSFET82のゲ
ートは大きな入力抵抗86bを介して、いずれも、ゲー
トG4に接続されており、このゲートG4にゲート駆動
回路が接続される。
The equivalent circuit of the semiconductor switching device 1 having this configuration is as shown in FIG.
ET82, high speed diode 83, Schottky barrier diode 84, parasitic diode 8 of MOSFET82
The gate of the IGBT 81 is connected to the gate G4 via a small input resistance 86a, and the gate of the MOSFET 82 is connected to the gate G4 via a large input resistance 86b. A drive circuit is connected.

【0046】この半導体スイッチング装置61のターン
オフ動作においても、MOSFET82及びIGBT8
1のゲート電圧は、抵抗86a,86bの抵抗値に基づ
く電圧降下により、IGBT81がターンオフした後、
遅れて、MOSFET82がターンオフするように制御
される。
Also in the turn-off operation of this semiconductor switching device 61, MOSFET 82 and IGBT 8
After the IGBT 81 is turned off due to a voltage drop based on the resistance values of the resistors 86a and 86b, the gate voltage of 1 is
After a delay, MOSFET 82 is controlled to turn off.

【0047】従って、実施例2の半導体スイッチング装
置31と同様に、ゲート駆動回路を共通とした構成であ
っても、定常状態からのターンオフ時においては、IG
BT81のテイル電流は、半導体スイッチング装置61
のターンオフ特性に影響せず、半導体スイッチング装置
61のターンオフ特性はMOSFET82のターンオフ
特性を示すので、スイッチング損失が小さな半導体スイ
ッチング装置を実現できる。また、本例の半導体スイッ
チング装置61においても、電流レベルに対応して、M
OSFET82及びIGBT81が電流を分担し、常に
飽和電圧が低い方に大きな電流が流れるので、広い電流
領域にわたってオン損失が低く、電源装置の変換効率を
高めることができる。しかも、スイッチング装置61は
モジュール化され、ゲート駆動回路も共通化されている
ので、回路構成を簡略化することができる。
Therefore, like the semiconductor switching device 31 of the second embodiment, even if the gate drive circuit is shared, the IG
The tail current of BT81 is the semiconductor switching device 61.
Since the turn-off characteristics of the semiconductor switching device 61 exhibits the turn-off characteristics of the MOSFET 82 without affecting the turn-off characteristics of the MOSFET 82, a semiconductor switching device with small switching loss can be realized. Also, in the semiconductor switching device 61 of this example, M
Since the OSFET 82 and the IGBT 81 share the current, and a larger current always flows in the one with the lower saturation voltage, the on-loss is low over a wide current range, and the conversion efficiency of the power supply device can be improved. Moreover, since the switching device 61 is modularized and the gate drive circuit is also shared, the circuit configuration can be simplified.

【0048】〔実施例4〕次に、本発明の実施例4に係
る半導体スイチング装置を、図9を参照して、説明する
[Embodiment 4] Next, a semiconductor switching device according to Embodiment 4 of the present invention will be described with reference to FIG. 9.

【0049】図9は、本例の半導体スイッチング装置の
側板及び蓋板を取り除いて、その内部を示す斜視図であ
る。
FIG. 9 is a perspective view showing the inside of the semiconductor switching device of this example with the side plate and cover plate removed.

【0050】図において、91は半導体スイッチング装
置であり、容器底板92の上の絶縁基板93は、その表
面上に、外部ゲート端子94aを備える第1の導体パタ
ーン94bと、外部コレクタ端子95aを備える第2の
導体パターン95bと、エミッタ端子96aを備える第
3の導体パターン96bとを有している。
In the figure, 91 is a semiconductor switching device, and an insulating substrate 93 on the container bottom plate 92 has a first conductor pattern 94b with an external gate terminal 94a and an external collector terminal 95a on its surface. It has a second conductor pattern 95b and a third conductor pattern 96b including an emitter terminal 96a.

【0051】ここで、第2の導体パターン95bの表面
には、IGBTチップ97のコレクタ電極,及びMOS
FETチップ98のドレイン電極のみが固着されて、電
気的接続し、IGBTチップ97のエミッタ電極、及び
MOSFET98のソース電極は、アルミニウムワイヤ
ー99a,99bにより第3の導電パターン96bに電
気的接続されている。また、第1の導体パターン94b
の表面には、実施例3と同様に、抵抗チップ100a、
及び抵抗チップ100aに比して大きな抵抗値を有する
抵抗チップ100bが固着されて、電気的接続しており
、IGBTチップ97のゲート電極は抵抗チップ100
aにアルミニウムワイヤー99cにより電気的接続され
ている一方、MOSFETチップ98のゲート電極は抵
抗チップ100bにアルミニウムワイヤー99dにより
電気的接続されている。さらに、MOSFETは内部寄
生ダイオードを有しているが、本例に使用したMOSF
ETチップ98の内部寄生ダイオードは、半導体基板内
のダイオード部に少数キャリヤのライフタイムを短縮す
るための重金属がドープされて、高速ダイオードになっ
ている。
[0051] Here, the collector electrode of the IGBT chip 97 and the MOS
Only the drain electrode of the FET chip 98 is fixed and electrically connected, and the emitter electrode of the IGBT chip 97 and the source electrode of the MOSFET 98 are electrically connected to the third conductive pattern 96b by aluminum wires 99a and 99b. . In addition, the first conductor pattern 94b
As in the third embodiment, on the surface of the resistor chip 100a,
and a resistor chip 100b having a larger resistance value than the resistor chip 100a are fixed and electrically connected, and the gate electrode of the IGBT chip 97 is connected to the resistor chip 100.
The gate electrode of the MOSFET chip 98 is electrically connected to the resistor chip 100b by an aluminum wire 99d. Furthermore, MOSFETs have internal parasitic diodes, but the MOSFETs used in this example
The internal parasitic diode of the ET chip 98 is a high-speed diode in which the diode portion in the semiconductor substrate is doped with a heavy metal to shorten the lifetime of minority carriers.

【0052】従って、この構成の半導体スイッチング装
置91の等価回路は、図8に示す如く、IGBT111
,MOSFET112,MOSFET112の内部寄生
ダイオードたる高速ダイオード113のみによって構成
されている。ここで、IGBT111のゲートは小さな
入力抵抗114aを介し、MOSFET112のゲート
は大きな入力抵抗114bを介して、いずれもゲートG
5に接続され、このゲートG5にゲート駆動回路が接続
される。
Therefore, the equivalent circuit of the semiconductor switching device 91 having this configuration is as shown in FIG.
, MOSFET112, and a high-speed diode 113 which is an internal parasitic diode of MOSFET112. Here, the gate of the IGBT 111 is connected to the gate through a small input resistance 114a, and the gate of the MOSFET 112 is connected to the gate through a large input resistance 114b.
5, and a gate drive circuit is connected to this gate G5.

【0053】この半導体スイッチング装置91のターン
オフ動作においても、共通のゲート駆動回路であっても
、IGBT111がターンオフした後、遅れて、MOS
FET112がターンオフするため、半導体スイッチン
グ装置91のターンオフ特性はMOSFET112のタ
ーンオフ特性を示すので、スイッチング損失が小さな半
導体スイッチング装置を実現できる。また、本例の半導
体スイッチング装置61も、MOSFET82及びIG
BT81が電流を分担し、常に飽和電圧が低い方に大き
な電流が流れるので、オン損失も小さく、電源装置の変
換効率を高めることができる。しかも、スイッチング装
置はモジュール化され、ゲート駆動回路も共有であるた
め、回路構成が簡略化されている。
In the turn-off operation of this semiconductor switching device 91, even if the common gate drive circuit is used, after the IGBT 111 is turned off, the MOS
Since the FET 112 is turned off, the turn-off characteristics of the semiconductor switching device 91 exhibit the turn-off characteristics of the MOSFET 112, so a semiconductor switching device with small switching loss can be realized. Further, the semiconductor switching device 61 of this example also includes a MOSFET 82 and an IG
Since the BT81 shares the current and a larger current always flows to the side with a lower saturation voltage, the on-loss is also small and the conversion efficiency of the power supply device can be increased. Moreover, since the switching device is modularized and the gate drive circuit is also shared, the circuit configuration is simplified.

【0054】さらに、この構成の半導体スイッチング装
置91によりブリッジ回路等を構成した場合に、そのフ
リーホイールモードにおいて、負荷側のリアクタンスか
ら電流が還流してきても、電流を高速ダイオード113
に転流させることができるので、実施例1〜3の半導体
スイッチング装置のように、MOSFETに直列接続し
た逆阻止用の高速ダイオード、及びIGBTに並列接続
したフリーホイールダイオードを必要とせず、部品点数
を削減できる。しかも、MOSFET112に直列接続
するダイオードがないため、このダイオードによる順電
圧降下が発生しないので、MOSFET112の側のオ
ン電圧が低いので、オン損失をさらに低減することがで
きる。さらに、部品の搭載スペースが小さいので、容器
内における設計自由度が高く、例えば、複数のスイッチ
ング回路を収納することもできる。
Furthermore, when a bridge circuit or the like is configured using the semiconductor switching device 91 having this configuration, even if current flows back from the reactance on the load side in the freewheel mode, the current is diverted to the high speed diode 113.
Since it is possible to commutate the current to can be reduced. Moreover, since there is no diode connected in series to MOSFET 112, no forward voltage drop occurs due to this diode, and the on-state voltage on the MOSFET 112 side is low, so that on-loss can be further reduced. Furthermore, since the mounting space for components is small, there is a high degree of freedom in designing inside the container, and for example, a plurality of switching circuits can be accommodated.

【0055】以上のとおり、いずれの実施例においても
、IGBT及びMOSFETを併用し、大電流領域にお
けるIGBTの低い飽和電圧、小電流領域におけるMO
SFETの低い飽和電圧を反映させて、広い電流領域に
わたって、半導体スイッチング装置のオン損失の低減を
図ることができる。また、ターンオフ動作においては、
IGBTのターンオフ動作に対しMOSFETのターン
オフ動作を遅延させているので、半導体スイッチング装
置は、ターンオフ損失の小さなMOSFETのターンオ
フ特性を示す。それ故、電源装置の変換効率を高めるこ
とができる。しかも、スイッチング装置として、1つの
部品にモジュール化されているので、配線基板への搭載
スペースが小さく、部品を搭載するための作業効率が高
い。
As described above, in any of the embodiments, IGBT and MOSFET are used together, and the IGBT has a low saturation voltage in a large current region, and the MOSFET has a low saturation voltage in a small current region.
Reflecting the low saturation voltage of the SFET, it is possible to reduce the on-loss of the semiconductor switching device over a wide current range. Also, in turn-off operation,
Since the turn-off operation of the MOSFET is delayed with respect to the turn-off operation of the IGBT, the semiconductor switching device exhibits the turn-off characteristics of a MOSFET with small turn-off loss. Therefore, the conversion efficiency of the power supply device can be increased. Moreover, since the switching device is modularized into one component, the mounting space on the wiring board is small and the work efficiency for mounting the components is high.

【0056】なお、上記実施例はいずれもチョッパ回路
を例に説明したが、インバータ回路やコンバータ回路等
の高周波スイッチング回路にも適用することができるも
のである。
Although the above embodiments have all been explained using chopper circuits as an example, they can also be applied to high frequency switching circuits such as inverter circuits and converter circuits.

【0057】[0057]

【発明の効果】以上のとおり、本発明に係る半導体スイ
ッチング装置においては、IGBTチップとMOSFE
Tチップとを容器内部に収納し、この容器内部で、IG
BTチップとMOSFETチップとを並列接続すること
に特徴を有しているので、以下の効果を奏する。
[Effects of the Invention] As described above, in the semiconductor switching device according to the present invention, the IGBT chip and the MOSFE
The T-chip is stored inside the container, and the IG
The feature is that the BT chip and the MOSFET chip are connected in parallel, so the following effects are achieved.

【0058】■  IGBTチップとMOSFETチッ
プが並列接続されているので、電流は、小電流条件では
、小電流領域における飽和電圧が低いMOSFETチッ
プの側に流れ、大電流条件では、大電流領域における飽
和電圧が低いIGBTチップの側に流れる。従って、半
導体スイッチング装置のオン電圧がいずれの電流レベル
であっても低いので、広い電流領域にわたってオン損失
を低減でき、電源装置の変換効率を向上することができ
る。
[0058] Since the IGBT chip and the MOSFET chip are connected in parallel, under small current conditions, the current flows to the MOSFET chip, which has a lower saturation voltage in the small current region, and under large current conditions, the current flows toward the MOSFET chip, which has a lower saturation voltage in the large current region. The voltage flows to the side of the IGBT chip where the voltage is lower. Therefore, since the on-state voltage of the semiconductor switching device is low regardless of the current level, the on-state loss can be reduced over a wide current range, and the conversion efficiency of the power supply device can be improved.

【0059】■  IGBTチップがターンオフした後
に、ターンオフ損失の小さなMOSFETチップをター
ンオフさせることにより、半導体スイッチング装置のタ
ーンオフ特性をMOSFETのターンオフ特性とするこ
とができるので、高い周波数でのスイッチングにおいて
も、スイッチング損失が小さく、電源装置の変換効率を
さらに向上することができる。
■ By turning off the MOSFET chip with small turn-off loss after the IGBT chip is turned off, the turn-off characteristics of the semiconductor switching device can be made to be the turn-off characteristics of the MOSFET, so even in high frequency switching, the switching The loss is small, and the conversion efficiency of the power supply device can be further improved.

【0060】■  IGBTチップ及びMOSFETチ
ップは、並列接続された状態で容器内部に収納されてい
るので、配線基板に搭載する部品点数を削減できると共
に、回路構成を簡素化できる。また、配線長を短縮でき
るので、配線に起因するL分を低減することもでき、サ
ージ電圧及び発振等の発生も抑制できる。
[0060] Since the IGBT chip and the MOSFET chip are housed inside the container in a parallel-connected state, the number of parts mounted on the wiring board can be reduced and the circuit configuration can be simplified. Furthermore, since the wiring length can be shortened, the L component caused by the wiring can also be reduced, and the occurrence of surge voltages, oscillations, etc. can also be suppressed.

【0061】■  IGBTチップのしきい値電圧がM
OSFETチップのしきい値電圧に比して高い場合、ま
たは、IGBT側に比してMOSFET側に大きな入力
抵抗を接続した場合等、ゲート駆動回路からの信号を制
御する駆動信号制御手段を容器内部に有する場合には、
MOSFETチップ及びIGBTチップを共通のゲート
駆動回路によって、IGBTの後にMOSFETがター
ンオフするように駆動させることができるので、回路構
成をより簡略化できる。
■ The threshold voltage of the IGBT chip is M
When the threshold voltage is higher than the threshold voltage of the OSFET chip, or when a larger input resistance is connected to the MOSFET side than to the IGBT side, the drive signal control means for controlling the signal from the gate drive circuit is installed inside the container. If you have
Since the MOSFET chip and the IGBT chip can be driven by a common gate drive circuit so that the MOSFET is turned off after the IGBT, the circuit configuration can be further simplified.

【0062】■  MOSFETチップ内の内部寄生ダ
イオードを高速ダイオードとした場合には、逆回復特性
が良好であるので、スイッチング回路に必要なフリーホ
イールダイオード、及びMOSFETチップの内部寄生
ダイオードに対する逆阻止用ダイオードを必要としない
。 従って、部品点数及び組立工数を削減できると共に、M
OSFET側のオン電圧を低くできるので、オン損失を
さらに低減できる。また、部品の搭載スペースが小さい
ので、容器内部に複数の回路を組み込む等、設計の自由
度が高める。
[0062] When the internal parasitic diode in the MOSFET chip is a high-speed diode, the reverse recovery characteristics are good. does not require. Therefore, the number of parts and assembly man-hours can be reduced, and M
Since the ON voltage on the OSFET side can be lowered, the ON loss can be further reduced. In addition, since the mounting space for components is small, the degree of freedom in design is increased, such as by incorporating multiple circuits inside the container.

【図面の簡単な説明】[Brief explanation of the drawing]

【図1】本発明の実施例1に係る半導体スイッチング装
置内部の構成を示す斜視図である。
FIG. 1 is a perspective view showing the internal configuration of a semiconductor switching device according to a first embodiment of the present invention.

【図2】本発明の実施例1に係る半導体スイッチング装
置の構成を示す回路図である。
FIG. 2 is a circuit diagram showing the configuration of a semiconductor switching device according to Example 1 of the present invention.

【図3】本発明の実施例1に係る半導体スイッチング装
置の動作状態を示すタイミングチャート図である。
FIG. 3 is a timing chart showing the operating state of the semiconductor switching device according to the first embodiment of the present invention.

【図4】本発明の実施例2に係る半導体スイッチング装
置内部の構成を示す斜視図である。
FIG. 4 is a perspective view showing the internal configuration of a semiconductor switching device according to a second embodiment of the present invention.

【図5】本発明の実施例2に係る半導体スイッチング装
置の構成を示す回路図である。
FIG. 5 is a circuit diagram showing the configuration of a semiconductor switching device according to Example 2 of the present invention.

【図6】本発明の実施例2に係る半導体スイッチング装
置の動作状態を示すタイミングチャート図である。
FIG. 6 is a timing chart diagram showing the operating state of the semiconductor switching device according to the second embodiment of the present invention.

【図7】本発明の実施例3に係る半導体スイッチング装
置内部の構成を示す斜視図である。
FIG. 7 is a perspective view showing the internal configuration of a semiconductor switching device according to a third embodiment of the present invention.

【図8】本発明の実施例3に係る半導体スイッチング装
置の構成を示す回路図である。
FIG. 8 is a circuit diagram showing the configuration of a semiconductor switching device according to Example 3 of the present invention.

【図9】本発明の実施例4に係る半導体スイッチング装
置内部の構成を示す斜視図である。
FIG. 9 is a perspective view showing the internal configuration of a semiconductor switching device according to a fourth embodiment of the present invention.

【図10】本発明の実施例4に係る半導体スイッチング
装置の構成を示す回路図である。
FIG. 10 is a circuit diagram showing the configuration of a semiconductor switching device according to a fourth embodiment of the present invention.

【図11】IGBT及びMOSFETのターンオフ動作
における電流・電圧特性を示すグラフ図である。
FIG. 11 is a graph diagram showing current/voltage characteristics in turn-off operations of IGBTs and MOSFETs.

【図12】IGBT及びMOSFETの電流と飽和電圧
の関係を示すグラフ図である。
FIG. 12 is a graph diagram showing the relationship between current and saturation voltage of IGBT and MOSFET.

【図13】従来の半導体スイッチング装置内部の構成を
示す斜視図である。
FIG. 13 is a perspective view showing the internal configuration of a conventional semiconductor switching device.

【図14】従来の半導体スイッチング装置の構成を示す
回路図である。
FIG. 14 is a circuit diagram showing the configuration of a conventional semiconductor switching device.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

1,31,61,91・・・半導体スイッチング装置9
,38,68,97・・・IGBTチップ12,41,
71,98・・・MOSFETチップ10,39,69
,97・・・ショットキーバリヤーダイオードチップ
1, 31, 61, 91... semiconductor switching device 9
, 38, 68, 97... IGBT chip 12, 41,
71,98...MOSFET chip 10,39,69
,97...Schottky barrier diode chip

Claims (5)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】容器内部にIGBTチップ及びMOSFE
Tチップが収納されており、この容器内部で、IGBT
チップのコレクタ電極とMOSFETチップのドレイン
電極とが外部コレクタ端子に電気的接続されていると共
に、IGBTチップのエミッタ電極とMOSFETチッ
プのソース電極とが外部エミッタ端子に電気的接続され
ていることを特徴とする半導体スイッチング装置。
Claim 1: IGBT chip and MOSFE inside the container.
The T-chip is stored inside this container, and the IGBT
The collector electrode of the chip and the drain electrode of the MOSFET chip are electrically connected to an external collector terminal, and the emitter electrode of the IGBT chip and the source electrode of the MOSFET chip are electrically connected to the external emitter terminal. Semiconductor switching device.
【請求項2】請求項1において、前記容器内部には、前
記IGBTチップのゲート電極及び前記MOSFETの
ゲート電極に供給される共通の駆動信号を制御して、前
記MOSFETのターンオフ動作の後に前記MOSFE
Tチップをターンオフさせる駆動信号制御手段を備えて
いることを特徴とする半導体スイッチング装置。
2. In claim 1, a common drive signal supplied to the gate electrode of the IGBT chip and the gate electrode of the MOSFET is controlled in the interior of the container, so that the MOSFE
A semiconductor switching device comprising drive signal control means for turning off a T-chip.
【請求項3】請求項2において、前記駆動信号制御手段
は、前記IGBTチップのしきい値電圧に比して低い前
記MOSFETチップのしきい値電圧であることを特徴
とする半導体スイッチング装置。
3. The semiconductor switching device according to claim 2, wherein the drive signal control means has a threshold voltage of the MOSFET chip that is lower than a threshold voltage of the IGBT chip.
【請求項4】請求項2において、前記駆動信号制御手段
は、前記IGBTチップのゲート電極側の入力抵抗に比
して大きな前記MOSFETのゲート電極側の入力抵抗
であることを特徴とする半導体スイッチング装置。
4. The semiconductor switching device according to claim 2, wherein the drive signal control means is an input resistance on the gate electrode side of the MOSFET that is larger than an input resistance on the gate electrode side of the IGBT chip. Device.
【請求項5】請求項1乃至請求項4のいずれか1項にお
いて、前記MOSFETチップの内部寄生ダイオードが
高速ダイオードであることを特徴とする半導体スイッチ
ング装置。
5. The semiconductor switching device according to claim 1, wherein the internal parasitic diode of the MOSFET chip is a high speed diode.
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