半导体装置
阅读说明：本技术 半导体装置 (Semiconductor device with a plurality of semiconductor chips ) 是由 村上晴彦 江口佳佑 于 2020-10-23 设计创作，主要内容包括：本发明的目的在于提供抑制阻尼振荡的半导体装置。实施方式1的半导体装置(101)具有：IGBT(3)；SBD(2),其与IGBT(3)串联连接；PND(1),其与IGBT(3)串联连接,与SBD(2)并联连接；以及输出电极,其连接于IGBT(3)与SBD(2)以及PND(1)之间,PND(1)的阳极电极通过导线(8)经由SBD(2)的阳极电极而与输出电极连接。(The invention provides a semiconductor device for suppressing ringing. The semiconductor device (101) of embodiment 1 includes: an IGBT (3); an SBD (2) connected in series with the IGBT (3); a PND (1) connected in series with the IGBT (3) and connected in parallel with the SBD (2); and an output electrode connected between the IGBT (3) and the SBD (2) and the PND (1), wherein the anode electrode of the PND (1) is connected to the output electrode through a lead (8) via the anode electrode of the SBD (2).)
技术领域
本发明涉及半导体装置。
背景技术
当前，功率模块搭载有Si-IGBT(Insulated Gate Bipolar Transistor)和Si-PiN二极管(以下，将PiN二极管称为PND)。功率模块的损耗取决于IGBT或者二极管等功率器件的性能。近年来，提出了为了二极管的低损耗化而将Si-PND置换为SiC-SBD(SchottkyBarrier Diode)的功率模块。通过使用SiC-SBD，从而能够降低二极管的通断损耗，特别是在载波频率高的使用条件下，能够期待大幅度的通断损耗的降低。
例如，在升压斩波电路中，具有能够通过使载波频率升高而将在外部设置的电抗器变小的优点。另一方面，如果载波频率升高，则二极管的通断损耗增大。因此，通过使用SiC-SBD，从而能够期待降低通断损耗。但是，SBD由于恢复电流非常小，因此di/dt变大，在恢复时产生阻尼振荡(ringing)。
与此相对，在专利文献1中，提出了通过将PND与SBD并联连接而降低噪声的方法。在专利文献1记载有以下情况，即，通过电流在SBD和PND中续流后的IGBT的导通，从而SBD和PND的正向电流停止，在二极管中积蓄的载流子作为恢复电流而反方向地流动，该恢复电流担负对由电路的共振引起的噪声进行抑制的阻尼器的作用。
专利文献1：日本专利第4980126号
发明内容
但是，就专利文献1的技术而言，存在由于SBD以及PND与端子之间的配线电感而无法充分地得到阻尼振荡抑制效果的问题。本发明就是为了解决上述问题而提出的，其目的在于提供抑制阻尼振荡的半导体装置。
本发明的半导体装置具有：开关元件；至少1个SBD，其与开关元件串联连接；PND，其与开关元件串联连接，与至少1个SBD并联连接；以及输出电极，其连接于开关元件与至少1个SBD以及PND之间，PND的阳极电极通过导线经由至少1个SBD的阳极电极而与输出电极连接。
发明的效果
就本发明的半导体装置而言，PND的阳极电极通过导线经由至少1个SBD的阳极电极而与输出电极连接，因此PND与输出电极之间的电感变得比SBD与输出电极之间的电感大。由此，PND的正向电流的降低时间变得比SBD的正向电流的降低时间长，阻尼振荡受到抑制。
附图说明
图1是实施方式1的半导体装置的电路图。
图2是实施方式1的半导体装置的俯视图。
图3是实施方式1的半导体装置的剖面图。
图4是表示实施方式1的半导体装置中的SBD和PND的电流波形的图。
图5是实施方式2的半导体装置的电路图。
图6是实施方式2的半导体装置的俯视图。
图7是实施方式2的半导体装置的剖面图。
图8是实施方式3的半导体装置的电路图。
图9是实施方式3的半导体装置的俯视图。
图10是实施方式3的半导体装置的剖面图。
图11是实施方式4的半导体装置的电路图。
图12是实施方式4的半导体装置的俯视图。
图13是实施方式4的半导体装置的剖面图。
图14是实施方式4的半导体装置中的RC-IGBT的导线连接部的放大剖面图。
标号的说明
1 PND，2、21、22 SBD，3、10 IGBT，4、5、6、7引线框，8导线，11 RC-IGBT，12二极管区域，13 IGBT区域，14表面电极，101、102、103、104半导体装置。
具体实施方式
＜A.实施方式1＞
图1是实施方式1的半导体装置101的主要部分的电路图。图2是半导体装置101的主要部分的俯视图。图3是沿图2的A-A′线的剖面图。
半导体装置101具有开关元件即IGBT(Insulated Gate Bipolar Transistor)3、SBD(Schottky Barrier Diode)2和PND(以下，称为“PND”)1。SBD 2和PND 1各自与IGBT 3串联连接，两者并联连接。在IGBT 3与SBD 2以及PND 1之间设置输出电极。这里，作为开关元件的例子而示出了IGBT，但也可以取代IGBT而将MOSFET用作开关元件。
在SBD 2的阳极与PND 1的阳极之间设置电感L1，在SBD 2的阳极与输出电极之间设置电感L2。即，PND 1的阳极与输出电极之间的电感为L1+L2，比SBD 2的阳极与输出电极之间的电感L2大。
如图2所示，半导体装置101具有引线框4、5、6、7。引线框4、5、7分别相当于半导体装置101的N端子、P端子、输出电极。在引线框5搭载PND 1和SBD 2，在引线框6搭载IGBT 3。
如图2和图3所示，PND 1的阳极与SBD 2的阳极通过导线8而连接，SBD 2的阳极与引线框6通过导线8而连接。并且，如图2所示，引线框6与相当于输出电极的引线框7通过导线8而连接。换言之，PND 1的阳极通过导线8经由SBD 2的阳极而与输出电极连接。由将PND1的阳极与SBD 2的阳极连接的导线8形成电感L1，由将SBD 2的阳极与引线框6连接的导线8形成电感L2。另外，如图2所示，引线框4与IGBT 3的发射极电极通过导线8而连接。
即，实施方式1的半导体装置101具有：开关元件即IGBT 3；SBD2，其与IGBT 3串联连接；PND 1，其与IGBT 3串联连接，与SBD 2并联连接；以及输出电极，其连接于IGBT 3与SBD 2以及PND 1之间。并且，PND 1的阳极电极通过导线8经由SBD 2的阳极电极而与输出电极连接。通过这样的结构，能够使PND 1的阳极与输出电极之间的电感比SBD 2的阳极与输出电极之间的电感大。由此，PND 1的正向电流的降低时间变得比SBD 2的正向电流的降低时间长。
图4示出将横轴设为时间的SBD 2和PND 1的电流波形。如图4所示，SBD 2在恢复之后电流波形发生振动。通过电感而使PND 1的正向电流iPND的降低时间tf(PND)比SBD 2的正向电流iSBD的降低时间tf(SBD)长，由此SBD 2的恢复后的电流波形的振动即阻尼振荡得到抑制。
如果与SBD 2并联连接的PND 1的有效面积大，则恢复电流增加，无法充分地得到由SBD 2实现的二极管的通断损耗降低效果。因此，优选PND 1的有效面积比SBD 2的有效面积小。
＜B.实施方式2＞
图5是实施方式2的半导体装置102的主要部分的电路图。图6是半导体装置102的主要部分的俯视图。图7是沿图6的B-B′线的剖面图。半导体装置102在SBD由多个芯片构成这一点上与半导体装置101不同。即，半导体装置102如果与半导体装置101的结构进行比较，则取代SBD 2而具有SBD 21和SBD 22。SBD 21和SBD 22各自与IGBT3串联连接，两者并联连接。在IGBT 3与PND 1、SBD 21以及SBD 22之间设置输出电极。
在PND 1的阳极与SBD 21的阳极之间形成电感L1。在SBD 21的阳极与SBD 22的阳极之间形成电感L21。在SBD 22与输出电极之间形成电感L22。因此，在PND 1的阳极与输出电极之间形成的电感成为L1+L21+L22，比在SBD 21的阳极与输出电极之间形成的电感L21+L22以及在SBD 22的阳极与输出电极之间形成的电感L22大。
如图6所示，SBD 21和SBD 22搭载于与PND 1相同的引线框5。并且，PND 1、SBD 21、SBD 22依次沿一个方向搭载于引线框5。
如图7所示，PND 1的阳极与SBD 21的阳极通过导线8而连接，SBD 21的阳极与SBD22的阳极通过导线8而连接。另外，SBD 22的阳极与引线框6通过导线8而连接。由将PND 1的阳极与SBD 21的阳极连接的导线8形成电感L1，由将SBD 21的阳极与SBD 22的阳极连接的导线8形成电感L21，由将SBD 22的阳极与引线框6连接的导线8形成电感L22。
如以上所说明的那样，就实施方式2的半导体装置102而言，向开关元件即IGBT 3串联连接多个SBD 21、22。多个SBD 21、22彼此并联连接。并且，PND 1的阳极电极与多个SBD21、22的阳极电极通过导线8而依次连接。这样，即使在使SBD由多个芯片构成的情况下，也能够得到与实施方式1相同的效果。因此，如果对实施方式1和实施方式2进行归纳，则只要向开关元件即IGBT 3串联连接至少1个SBD即可。
但是，在如实施方式2这样，使SBD由多个芯片构成的情况下，优选使SBD 21和SBD22的有效面积的合计值与实施方式1的SBD 2的有效面积相同。即，实施方式2的半导体装置102与实施方式1的半导体装置101相比，在维持有效面积不变的同时将SBD的芯片分为多个，由此芯片的散热性提高，SBD的高温动作时的损耗降低。
＜C.实施方式3＞
图8是实施方式3的半导体装置103的主要部分的电路图。图9是半导体装置103的主要部分的俯视图。图10是沿图9的C-C′线的剖面图。半导体装置103是针对半导体装置101的结构而追加了与PND 1以及SBD 2并联连接的IGBT 10后的半导体装置。以下，对半导体装置103的结构中的与半导体装置101之间的不同点进行说明。
在PND 1的阳极与IGBT 10的发射极之间形成电感L1，在IGBT10的发射极与SBD 2的阳极之间形成电感L10，在SBD 2的阳极与输出电极之间形成电感L2。
如图9所示，PND 1、IGBT 10、以及SBD 2依次沿一个方向搭载于引线框5之上。如图10所示，PND 1的阳极与IGBT 10的发射极通过导线8而连接，由此形成电感L1。另外，IGBT10的发射极与SBD 2的阳极通过导线8而连接，由此形成电感L10。除此以外的导线配线与实施方式1相同。
换言之，PND 1的阳极通过导线8经由IGBT 10的发射极电极和SBD 2的阳极电极而与输出电极连接。根据半导体装置103，由于在PND 1与SBD 2之间具有IGBT 10，因此对从PND 1的阳极至输出电极为止的电感追加L10。由此，从PND 1的阳极至输出电极为止的电感与从SBD 2的阳极至输出电极为止的电感L2相比变得充分大。其结果，PND 1的正向电流的降低时间与SBD 2的正向电流的降低时间相比变得充分长，阻尼振荡充分地得到抑制。
此外，在上述中，作为向实施方式1的半导体装置101的结构追加了IGBT 10后的半导体装置而对本实施方式的半导体装置103进行了说明。但是，也可以向实施方式2的半导体装置102的结构追加IGBT10，会得到相同的效果。
另外，在图3、7、10中，对半导体芯片进行连接的导线8被进行了连续点焊，但对各半导体芯片进行连接的导线8也可以不连续。
半导体装置103是对半导体装置101的结构追加了IGBT 10后的半导体装置。IGBT10能够通过与在引线框6之上形成IGBT 3的工序相同的工序而形成于引线框5之上。因此，半导体装置103与半导体装置101相比，不需要追加新制造工序，能够容易地进行制造。
＜D.实施方式4＞
图11是实施方式4的半导体装置104的主要部分的电路图。图12是半导体装置104的主要部分的俯视图。图13是沿图12的D-D′线的剖面图。图14是将RC-IGBT(Reverse-Conducting IGBT)11的导线接触部放大后的放大剖面图。
半导体装置104是在实施方式3的半导体装置103中使PND 1和IGBT 10由RC-IGBT11构成的半导体装置。即，在引线框5之上搭载RC-IGBT 11和SBD 2。如图12以及图13所示，RC-IGBT 11与SBD 2的阳极通过导线8而连接，SBD 2的阳极与引线框6通过导线8而连接。
如图14所示，RC-IGBT 11具有作为二极管而进行动作的半导体层的二极管区域12和作为IGBT而进行动作的半导体层的IGBT区域13的超级结构造以及这些半导体层之上的表面电极14。将RC-IGBT 11与SBD 2的阳极连接的导线8在RC-IGBT 11处，与表面电极14中的IGBT区域13的正上方的区域连接。换言之，将RC-IGBT 11与SBD 2的阳极连接的导线8在RC-IGBT 11处，经由表面电极14而与IGBT区域13连接。
由将RC-IGBT 11与SBD 2的阳极连接的导线8形成电感L10。另外，由横跨二极管区域12和IGBT区域13的表面电极14形成电感L1。
根据上述这样的半导体装置104的结构，与将PND 1和IGBT 10单独地设置的实施方式3的半导体装置103相比，能够使半导体装置104小型化。
此外，本发明能够在该发明的范围内，对各实施方式自由地进行组合，或者对各实施方式适当地进行变形、省略。
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