開(kāi)關(guān)器件及電子電路的制作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及使用SiC的開(kāi)關(guān)器件以及具備其的電子電路(例如，逆變器電路、轉(zhuǎn)換器電路等)。
【背景技術(shù)】
[0002]用于逆變器電路、轉(zhuǎn)換器電路等的電子電路的開(kāi)關(guān)器件，一般為了增大電流容量而由并聯(lián)連接的多個(gè)開(kāi)關(guān)元件構(gòu)成。作為開(kāi)關(guān)元件，除了 Si開(kāi)關(guān)元件之外，還知道SiC開(kāi)關(guān)元件。SiC開(kāi)關(guān)元件例如包含SiC-MOSFET(Metal-Oxide-Semiconductor Field EffectTransistor)、SiC-雙極型晶體管(Bipolar Transistor)、SiC-JFET(結(jié)型場(chǎng)效應(yīng)晶體管:Junct1n Field Effect Transistor)、SiC_IGBT(絕緣棚.雙極型晶體管:Insulated GateBipolar Transistor)等。
[0003]現(xiàn)有技術(shù)文獻(xiàn)專(zhuān)利文獻(xiàn)
專(zhuān)利文獻(xiàn)1:日本特開(kāi)2005-137072號(hào)公報(bào)。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]發(fā)明要解決的課題
在裝入SiC開(kāi)關(guān)器件(MOSFET)的電子電路中，例如，若對(duì)器件直接供給電源電壓而發(fā)生短路，則有在器件流過(guò)過(guò)電流(短路電流)的情況。在該情況下，通過(guò)使器件的柵極端子接地而截?cái)嘣摱搪冯娏鳎侵敝两財(cái)嗲靶枰欢〞r(shí)間。例如，自檢測(cè)到過(guò)電流后需要1ysec(微秒)左右。
[0005]然而，若不能在各器件所具備的短路耐受量?jī)?nèi)截?cái)?，則因短路電流造成的熱失控而有器件被熱破壞的情況。
[000?]本發(fā)明的目的在于提供一種對(duì)開(kāi)關(guān)兀件的開(kāi)關(guān)性能造成的影響$父少且能夠提尚器件的短路耐受量的開(kāi)關(guān)器件以及具備它的電子電路。
[0007]用于解決課題的方案
依據(jù)本發(fā)明的開(kāi)關(guān)器件包含= SiC開(kāi)關(guān)元件，其具有第I電極、第2電極及第3電極，在向所述第2電極一第3電極間提供電位差的狀態(tài)下向所述第I電極一第2電極間提供驅(qū)動(dòng)電壓，從而對(duì)所述第2電極一第3電極間進(jìn)行導(dǎo)通/截止控制;驅(qū)動(dòng)用端子，其與所述第2電極電連接，用于提供所述驅(qū)動(dòng)電壓；以及既定大小的外部電阻，其介于所述驅(qū)動(dòng)用端子與所述第2電極之間的電流路徑，至少與所述驅(qū)動(dòng)用端子及所述第2電極的一個(gè)分離。
[0008]依據(jù)該結(jié)構(gòu)，外部電阻串聯(lián)地介于驅(qū)動(dòng)用端子與第2電極之間的電流路徑。由此，與用接合線(xiàn)等來(lái)直接連接驅(qū)動(dòng)用端子與第2電極之間而形成該電流路徑的情況相比，能夠通過(guò)該外部電阻的電壓降來(lái)減少在第2電極一第3電極間流過(guò)過(guò)電流時(shí)施加在第I電極一第2電極間的電壓。其結(jié)果，能夠提高器件的短路耐受量。
[0009]另一方面，通過(guò)適當(dāng)?shù)仡A(yù)先規(guī)定該外部電阻的電阻值，在流過(guò)第2電極一第3電極間的電流比較小時(shí)或額定值時(shí)，能夠減小該外部電阻上的電壓降。在此情況下，能夠抑制施加在第I電極一第2電極間的電壓的下降，并且能夠向開(kāi)關(guān)元件供給開(kāi)關(guān)動(dòng)作所需要的充分的驅(qū)動(dòng)電壓。即，對(duì)開(kāi)關(guān)元件的開(kāi)關(guān)性能產(chǎn)生的影響少而過(guò)得去。
[0010]在本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施方式中，包含:輸出端子，用于輸出因所述導(dǎo)通控制而流過(guò)的電流;以及導(dǎo)電部件，連接所述輸出端子和所述第2電極，所述外部電阻包含所述導(dǎo)電部件。
[0011]依據(jù)該結(jié)構(gòu)，由于將電流輸出用的導(dǎo)電部件用作為外部電阻，所以能夠不增加部件件數(shù)而以低成本實(shí)現(xiàn)上述的提高短路耐受量的效果。
[0012]在本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施方式中，所述導(dǎo)電部件包含布設(shè)在所述輸出端子與所述第2電極之間的接合線(xiàn)。
[0013]依據(jù)該結(jié)構(gòu)，接合線(xiàn)的電阻值為通過(guò)其構(gòu)成材料、長(zhǎng)度及線(xiàn)徑等而預(yù)先固定的值。因此，通過(guò)對(duì)輸出端子與第2電極之間的電線(xiàn)的根數(shù)進(jìn)行適當(dāng)增減，能夠簡(jiǎn)單調(diào)節(jié)外部電阻的電阻值。
[0014]在本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施方式中，包含密封所述SiC開(kāi)關(guān)元件、所述驅(qū)動(dòng)用端子及所述外部電阻的樹(shù)脂封裝。
[0015]依據(jù)該結(jié)構(gòu)，由于外部電阻被樹(shù)脂封裝密封，所以能夠按現(xiàn)有的布局安裝開(kāi)關(guān)器件。
[0016]在本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施方式中，所述第I電極為柵極電極，所述第2電極為源極電極，所述第3電極為漏極電極，所述驅(qū)動(dòng)用端子為讀出源極(Ir 乂一X ,Sense Source)端子。即，本發(fā)明的開(kāi)關(guān)器件也可為MOSFET。
[0017]在本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施方式中，所述第I電極為柵極電極，所述第2電極為發(fā)射極電極，所述第3電極為集電極電極，所述驅(qū)動(dòng)用端子為讀出發(fā)射極端子。即，本發(fā)明的開(kāi)關(guān)器件也可為IGBT。
[0018]在本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施方式中，所述第I電極為基極電極，所述第2電極為發(fā)射極電極，所述第3電極為集電極電極，所述驅(qū)動(dòng)用端子為讀出發(fā)射極端子。即，本發(fā)明的開(kāi)關(guān)器件也可為雙極型晶體管。
[0019]依據(jù)本發(fā)明的電子電路包含:所述本發(fā)明的開(kāi)關(guān)器件;過(guò)電流檢測(cè)電路，用于檢測(cè)在所述開(kāi)關(guān)器件流過(guò)過(guò)電流的情況；以及過(guò)電流保護(hù)電路，用于在通過(guò)所述過(guò)電流檢測(cè)電路檢測(cè)到過(guò)電流時(shí)，截?cái)嗔鬟^(guò)所述開(kāi)關(guān)器件的電流。
[0020]依據(jù)該結(jié)構(gòu)，由于具備本發(fā)明的開(kāi)關(guān)器件，所以能夠提供對(duì)開(kāi)關(guān)元件的開(kāi)關(guān)性能產(chǎn)生的影響較少且能夠提高開(kāi)關(guān)器件的短路耐受量的電子電路。
[0021]本發(fā)明中的上述的、或其他目的、特征及效果，通過(guò)參照附圖而接著描述的實(shí)施方式的說(shuō)明將更加清晰。
【附圖說(shuō)明】
[0022]圖1是本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施方式所涉及的開(kāi)關(guān)器件的示意圖。
[0023]圖2是圖1的開(kāi)關(guān)器件的電氣電路圖。
[0024]圖3是本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施方式所涉及的逆變器電路的電氣電路圖。
[0025]圖4是示出搭載多個(gè)圖1的開(kāi)關(guān)器件的模塊的電結(jié)構(gòu)的電氣電路圖。
[0026]圖5是示出柵極驅(qū)動(dòng)電路的電結(jié)構(gòu)的電氣電路圖。
[0027]圖6是示出圖1的開(kāi)關(guān)器件的柵極一源極間電壓與短路耐受量的關(guān)系的圖表。
[0028]圖7是用于說(shuō)明半導(dǎo)體模塊的結(jié)構(gòu)的平面圖。
[0029]圖8是沿著圖7的VIII— VIII線(xiàn)的圖解性的截面圖。
[0030]圖9是沿著圖7的IX— IX線(xiàn)的圖解性的截面圖。
[0031]圖10是圖7所示的半導(dǎo)體模塊的電氣電路圖。
【具體實(shí)施方式】
[0032]以下，參照附圖，對(duì)本發(fā)明的實(shí)施方式進(jìn)行詳細(xì)說(shuō)明。
[0033]圖1是本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施方式所涉及的開(kāi)關(guān)器件I的示意圖。圖2是圖1的開(kāi)關(guān)器件I的電氣電路圖。此外，在圖1中，為使開(kāi)關(guān)器件I的結(jié)構(gòu)清晰，透視半導(dǎo)體芯片11的I個(gè)角部(虛線(xiàn)陰影區(qū)域)而顯示。
[0034]開(kāi)關(guān)器件I包含:扁平的長(zhǎng)方體形狀的樹(shù)脂封裝2;密封于該樹(shù)脂封裝2的作為本發(fā)明的輸出端子的一個(gè)例子的源極端子3(S);以及作為本發(fā)明的驅(qū)動(dòng)用端子的一個(gè)例子的讀出源極端子4(SS)、柵極端子5(G)及漏極端子6(D)。
[0035]4個(gè)端子3?6分別由以既定形狀形成的金屬板構(gòu)成，從樹(shù)脂封裝2的一側(cè)面向與該側(cè)面對(duì)置的側(cè)面依次配置。
[0036]該實(shí)施方式中，源極端子3及漏極端子6分別以包含四方形狀的島部(island)7、8及從該島部7、8的一邊以直線(xiàn)狀延伸的細(xì)長(zhǎng)的長(zhǎng)方形狀的端子部分9、10的形狀形成。讀出源極端子4及柵極端子5與端子部分9、10同樣以細(xì)長(zhǎng)的長(zhǎng)方形狀形成。源極端子3的端子部分9、讀出源極端子4、柵極端子5及漏極端子6的端子部分10以互相平行的狀態(tài)配置。
[0037]在漏極端子6(島部8的中央部)上，設(shè)置有作為本發(fā)明的SiC開(kāi)關(guān)元件的一個(gè)例子的半導(dǎo)體芯片11。在半導(dǎo)體芯片11的背面，以大致整個(gè)面形成有作為本發(fā)明的第3電極的一個(gè)例子的漏極焊盤(pán)12，該漏極焊盤(pán)12與島部8接合。由此，半導(dǎo)體芯片11的漏極焊盤(pán)12和漏極端子6電連接。在半導(dǎo)體芯片11的表面，形成有作為本發(fā)明的第2電極的一個(gè)例子的源極焊盤(pán)13、和作為本發(fā)明的第I電極的一個(gè)例子的柵極焊盤(pán)14。
[0038]源極焊盤(pán)13為俯視大致正方形狀，以覆蓋半導(dǎo)體芯片11的表面的大致整個(gè)區(qū)域的方式形成。在源極焊盤(pán)13，在其一邊的中央附近形成有除去區(qū)域15。除去區(qū)域15是不形成源極焊盤(pán)13的區(qū)域。在除去區(qū)域15配置有柵極焊盤(pán)14。在柵極焊盤(pán)14與源極焊盤(pán)13之間設(shè)有間隔，這些互相絕緣。
[0039]在源極焊盤(pán)13與源極端子3之間，布設(shè)有作為本發(fā)明的導(dǎo)電部件的一個(gè)例子的多個(gè)源極用線(xiàn)16(接合線(xiàn))，通過(guò)源極用線(xiàn)16，源極焊盤(pán)13和源極端子3電連接。在該實(shí)施方式中，互相平行地設(shè)有4根相同長(zhǎng)度的源極用線(xiàn)16。因而，能夠?qū)⒃礃O用線(xiàn)16—個(gè)一個(gè)的電阻統(tǒng)一為恒定值。另外，在源極端子3(島部7)與讀出源極端子4之間，布設(shè)有讀出源極用線(xiàn)17(接合線(xiàn))。由此，讀出源極端子4經(jīng)由包含讀出源極用線(xiàn)17及源極用線(xiàn)16的電流路徑而與源極焊盤(pán)13電連接。
[0040]這樣，不像圖1中以虛線(xiàn)表示的現(xiàn)有電線(xiàn)21那樣直接連接讀出源極端子4和源極焊盤(pán)13，而是讀出源極用線(xiàn)17的一端從源極焊盤(pán)13分離并與源極端子3連接。由此，如圖2所示，能夠在讀出源極端子4與源極焊盤(pán)13之間，串聯(lián)連接具有對(duì)應(yīng)于源極用線(xiàn)16的構(gòu)成材料、長(zhǎng)度及線(xiàn)徑等的電阻值r的外部電阻22。即，在該實(shí)施方式所涉及的開(kāi)關(guān)器件I中，通過(guò)使讀出源極的位置遠(yuǎn)離半導(dǎo)體芯片11的源極端(源極焊盤(pán)13)，并使電線(xiàn)、布線(xiàn)等介于其間，從而具備成為向半導(dǎo)體芯片11提供柵極一源極間電壓時(shí)的寄生電阻的外部柵極電阻(外部電阻22)。
[0041]在柵極焊盤(pán)14與柵極端子5之間布設(shè)有柵極用線(xiàn)18(接合線(xiàn))，柵極焊盤(pán)14和柵極端子5通過(guò)柵極用線(xiàn)18電連接。
[0042]另外，在該實(shí)施方式中，如圖2所示，半導(dǎo)體芯片11包含使用SiC的M0SFET19(SiC-M0SFET)及體(body) 二極管20J0SFET19的源極、漏極及柵極分別與源極焊盤(pán)13、漏極焊盤(pán)12及柵極焊盤(pán)14電連接。此外，形成在半導(dǎo)體芯片11內(nèi)的開(kāi)關(guān)元件也可為MOSFET以外的元件。例如，該開(kāi)關(guān)元件也可為SiC-1GBT、SiC-雙極型晶體管、SiC-JFET等。在開(kāi)關(guān)元件為SiC-1GBT的情況下，源極焊盤(pán)13、漏極焊盤(pán)12、柵極焊盤(pán)14及讀出源極端子4分別與SiC-1GBT的發(fā)射極焊盤(pán)、集電極焊盤(pán)、柵極焊盤(pán)及讀出發(fā)射極端子對(duì)應(yīng)。另外，在開(kāi)關(guān)元件為SiC-雙極型晶體管的情況下，源極焊盤(pán)13、漏極焊盤(pán)12、柵極焊盤(pán)14及讀出源極端子4分別與SiC-雙極型晶體管的發(fā)射極焊盤(pán)、集電極焊盤(pán)、基極焊盤(pán)及讀出發(fā)射極端子對(duì)應(yīng)。
[0043]而且，樹(shù)脂封裝2密封半導(dǎo)體芯片11、各電線(xiàn)16?18整體、源極端子3的島部7整體及端子部分9的一部分、讀出源極端子4及柵極端子5各一部分、及漏極端子6的島部8整體及端子部分10的一部分。從樹(shù)脂封裝2的側(cè)面露出源極端子3的端子部分9、讀出源極端子4、柵極端子5及漏極端子6的端子部分10各一部分。
[0044]圖3是本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施方式所涉及的逆變器電路31的電氣電路圖。圖4是示出搭載多個(gè)圖1的開(kāi)關(guān)器件I的開(kāi)關(guān)模塊43的電結(jié)構(gòu)的電氣電路圖。
[0045]作為本發(fā)明的電子電路的一個(gè)例子的逆變器電路31，包含第I?第4開(kāi)關(guān)器件32?35、第I?第4柵極驅(qū)動(dòng)電路36?39和控制部40。
[0046]第I?第4開(kāi)關(guān)器件32?35分別由前述的開(kāi)關(guān)器件I構(gòu)成。此外，在圖3中，選擇性地示出圖2所示的電路要素之中圖3的說(shuō)明所需要的部分。另外，第I?第4開(kāi)關(guān)器件32?35也可以例如在圖4以第I開(kāi)關(guān)器件32為代表例所示的那樣，作為并聯(lián)連接多個(gè)開(kāi)關(guān)器件I而構(gòu)成的開(kāi)關(guān)模塊43而裝入逆變器電路31。
[0047]第I開(kāi)關(guān)器件32的漏極端子6與電源41的正極端子連接。第I開(kāi)關(guān)器件32的源極端子3與第2開(kāi)關(guān)器件33的漏極端子6連接。第I開(kāi)關(guān)器件32的柵極端子5及第I開(kāi)關(guān)器件32的讀出源極端子4與第I柵極驅(qū)動(dòng)電路36連接。
[0048]第2開(kāi)關(guān)器件33的源極端子3與電源41的負(fù)極端子連接。第2開(kāi)關(guān)器件33的柵極端子5及第2開(kāi)關(guān)器件33的讀出源極端子4與第2柵極驅(qū)動(dòng)電路37連接。
[0049]第3開(kāi)關(guān)器件34的漏極端子6與電源41的正極端子連接。第3開(kāi)關(guān)器件34的源極端子3與第4開(kāi)關(guān)器件35的漏極端子6連接。第3開(kāi)關(guān)器件34的柵極端子5及第3開(kāi)關(guān)器件34的讀出源極端子4與第3柵極驅(qū)動(dòng)電路38連接。