專利名稱：半導(dǎo)體模塊的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及包括由寬帶隙半導(dǎo)體構(gòu)成的開(kāi)關(guān)元件的半導(dǎo)體模塊。
背景技術(shù)：
作為能夠?qū)崿F(xiàn)高耐壓、低損失以及高耐熱的下一代的開(kāi)關(guān)元件，使用了碳化硅(SiC)的半導(dǎo)體元件被認(rèn)為是有前景的，期待應(yīng)用于變換器(inverter)等功率半導(dǎo)體模塊。例如在專利文獻(xiàn)I中提出使用了由SiC等寬帶隙半導(dǎo)體構(gòu)成的開(kāi)關(guān)元件的電流變
換裝置。為了防止由浪涌電流所導(dǎo)致的破壞，將回流二極管反向并聯(lián)連接于各開(kāi)關(guān)元件。在專利文獻(xiàn)2中，利用SiC等寬帶隙半導(dǎo)體形成回流二極管的肖特基勢(shì)壘二極管，由此，將回流二極管的恢復(fù)電流變小，謀求開(kāi)關(guān)損失的減少。現(xiàn)有技術(shù)文獻(xiàn) 專利文獻(xiàn)
專利文獻(xiàn)1:日本特開(kāi)2008-61404號(hào)公報(bào)；
專利文獻(xiàn)2:日本特開(kāi)2010-252568號(hào)公報(bào)。但是，若如專利文獻(xiàn)2那樣使用SiC制的肖特基勢(shì)壘二極管(SiC-SBD)作為SiC制的開(kāi)關(guān)元件的回流二極管，則存在針對(duì)沖擊電流的發(fā)生損失變大的問(wèn)題。由于SiC-SBD的溫度特性為正，所以，若流過(guò)大電流而成為高溫，則正向電壓VF變大。因此，針對(duì)沖擊電流的發(fā)生損失(IFXVF)變大。陷入到如下的正反饋:若器件溫度因發(fā)生損失的增大而上升，則電壓VF上升，由于VF的上升，發(fā)生損失進(jìn)一步上升。因此，在對(duì)SiC制的開(kāi)關(guān)元件使用了 SiC-SBD的回流二極管的全SiC結(jié)構(gòu)的半導(dǎo)體模塊中，實(shí)際上需要在允許損失以下來(lái)使用，在實(shí)際使用上存在工作溫度范圍和沖擊電流值被限制的問(wèn)題。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明是鑒于上述問(wèn)題而提出的，其目的在于提供一種具有高的沖擊電流耐受性的半導(dǎo)體模塊。本發(fā)明提供一種半導(dǎo)體模塊，具備由寬帶隙半導(dǎo)體構(gòu)成的開(kāi)關(guān)元件和與開(kāi)關(guān)元件反向并聯(lián)連接的回流二極管，回流二極管由硅構(gòu)成并且具有負(fù)的溫度特性。本發(fā)明的半導(dǎo)體模塊具備由寬帶隙半導(dǎo)體構(gòu)成的開(kāi)關(guān)元件和與開(kāi)關(guān)元件反向并聯(lián)連接的回流二極管，回流二極管由硅構(gòu)成并且具有負(fù)的溫度特性，所以，針對(duì)沖擊電流不會(huì)達(dá)到正反饋，具有高的耐性。


圖1是實(shí)施方式I的半導(dǎo)體模塊的電路圖。圖2是示出實(shí)施方式I的半導(dǎo)體模塊的回流二極管的溫度特性的圖。
圖3是實(shí)施方式2的半導(dǎo)體模塊的電路圖。圖4是前提技術(shù)的半導(dǎo)體模塊的電路圖。圖5是示出SiC制肖特基勢(shì)壘二極管的溫度特性的圖。圖6是前提技術(shù)的半導(dǎo)體模塊的電路圖。
具體實(shí)施例方式(A.前提技術(shù))
圖4是前提技術(shù)的半導(dǎo)體模塊100的電路圖。半導(dǎo)體模塊100具備:SiC制的MOSFET101 ;作為回流二極管而與M0SFET101反向并聯(lián)連接的SiC制的肖特基勢(shì)壘二極管(SiC-SBD) 102。在圖5中示出SiC_SBD102的V-1特性的根據(jù)溫度而發(fā)生的變化。圖5示出低溫時(shí)的V-1特性和高溫時(shí)的V-1特性。關(guān)于針對(duì)沖擊電流IF的正向電壓VF，相對(duì)于對(duì)低溫時(shí)的VF1，在高溫時(shí)增加到VF2 (VF1〈VF2)。這樣，SiC_SBD102具有正的溫度特性。圖6示出使用了多個(gè)半導(dǎo)體模塊100的變換器的電路。多個(gè)半導(dǎo)體模塊100與電容器103并聯(lián)連接。在接通電源時(shí)電容器103被充電的過(guò)渡狀態(tài)下，沖擊電流在例如在圖6中以箭頭所示的方向流過(guò)。電容器103越是大容量，沖擊電流的值越大。若流過(guò)大的沖擊電流而SiC-SBD102的溫度上升，則如圖5所示那樣VF上升，所以，發(fā)生損失IFXVF增大。達(dá)到如下的正反饋:若發(fā)生損失增大，則溫度進(jìn)一步上升，VF變大，若VF變大，則發(fā)生損失進(jìn)一步增大。在本發(fā)明的半導(dǎo)體模塊中，為了解決上述問(wèn)題，具有使用具有正的溫度特性的器件作為回流二極管的結(jié)構(gòu)。(B.實(shí)施方式I)
<B-1.結(jié)構(gòu)、工作〉
圖1是實(shí)施方式I的半導(dǎo)體模塊10的電路圖。半導(dǎo)體模塊10具備:SiC制的M0SFET11 ；作為回流二極管而與M0SFET11反向并聯(lián)連接的Si制的PN 二極管12。在圖2中示出PN 二極管12的V-1特性的由于溫度而發(fā)生的變化。圖2示出低溫時(shí)的V-1特性和高溫時(shí)的V-1特性。關(guān)于針對(duì)預(yù)定的電流IF的正向電壓VF，在低溫時(shí)是VF1，但是在高溫時(shí)減少至VF2 (VFDVF2)。這樣，Si制的PN 二極管12具有負(fù)的溫度特性，所以，具有VF伴隨著溫度上升而下降的特性。因此，在沖擊電流等的大電流硫過(guò)的情況下，PN 二極管12的溫度上升，并且，VF下降，所以，發(fā)生損失(IFXVF)被抑制。因此，與使用了具有正的溫度特性的SiC制的二極管作為SiC制的M0SFET11的回流二極管的情況相比，能夠提高半導(dǎo)體模塊10的沖擊電流耐受性。〈B-2.變形例 >
此外，作為回流二極管，使用了 Si制的PN 二極管12，但是，如果回流二極管具有負(fù)的溫度特性，則也可以是其他二極管，例如，也可以是Si制的PiN 二極管。在PiN 二極管中，在PN結(jié)之間設(shè)置載流子蓄積層，由此，產(chǎn)生電導(dǎo)率調(diào)制，與PN 二極管相比，能夠進(jìn)一步降低VF0因此，與使用PN二極管的情況相比，能夠進(jìn)一步提高半導(dǎo)體模塊的沖擊電流耐受性。此夕卜，能夠抑制工作時(shí)的發(fā)生損失，能夠?qū)崿F(xiàn)低損失。此外，作為開(kāi)關(guān)元件的M0SFET11的材料不限于SiC，也可以是氮化鎵類材料或金剛石等其他的寬帶隙半導(dǎo)體。〈B-3.效果〉
根據(jù)本發(fā)明的半導(dǎo)體模塊，起到以下的效果。即，本發(fā)明的半導(dǎo)體模塊10具備由寬帶隙半導(dǎo)體構(gòu)成的M0SFET11 (開(kāi)關(guān)元件)和與開(kāi)關(guān)元件反向并聯(lián)連接的PN 二極管12 (回流二極管)，回流二極管由硅構(gòu)成并且具有負(fù)的溫度特性，所以，針對(duì)沖擊電流不會(huì)達(dá)到正反饋，具有聞的耐性。此外，作為回流二極管，使用具有負(fù)的溫度特性的由硅構(gòu)成的PN 二極管或PiN 二極管，由此，針對(duì)沖擊電流不會(huì)達(dá)到正反饋，具有高的耐性。此外，關(guān)于構(gòu)成M0SFET11的寬帶隙半導(dǎo)體，除了 SiC以外，還包括氮化鎵類材料或金剛石，所以，在由這些寬帶隙半導(dǎo)體構(gòu)成的開(kāi)關(guān)元件的半導(dǎo)體模塊中，能夠提高針對(duì)沖擊電流的耐性。(C.實(shí)施方式2)
<c-l.結(jié)構(gòu)、工作〉
圖3是實(shí)施方式2的半導(dǎo)體模塊20的電路圖。在半導(dǎo)體模塊20中，在電源連接端子間串聯(lián)連接有兩個(gè)半導(dǎo)體模塊10，并且，對(duì)應(yīng)于三相負(fù)載，將它們并聯(lián)連接三個(gè)。這樣，在一個(gè)封裝內(nèi)匯集多個(gè)實(shí)施方式I的半導(dǎo)體模塊10，由此，能夠?qū)崿F(xiàn)半導(dǎo)體模塊的小型化。〈C-2.效果 >
本實(shí)施方式的半導(dǎo)體模塊在一個(gè)封裝內(nèi)具備多對(duì)實(shí)施方式I的開(kāi)關(guān)元件11和回流二極管12，所以，能夠?qū)崿F(xiàn)半導(dǎo)體模塊的小型化。附圖標(biāo)記說(shuō)明:
10、20、100半導(dǎo)體模塊
11、101MOSFET
12、102PN 二極管。
權(quán)利要求
1.一種半導(dǎo)體模塊，其特征在于，具備:開(kāi)關(guān)元件，由寬帶隙半導(dǎo)體構(gòu)成；以及回流二極管，與所述開(kāi)關(guān)元件反向并聯(lián)連接，所述回流二極管由硅構(gòu)成并且具有負(fù)的溫度特性。
2.如權(quán)利要求1所述的半導(dǎo)體模塊，其特征在于，所述回流二極管是PN 二極管或PiN 二極管。
3.如權(quán)利要求1所述的半導(dǎo)體模塊，其特征在于，所述寬帶隙半導(dǎo)體包括碳化硅、氮化鎵類材料或金剛石。
4.如權(quán)利要求1 3的任意一項(xiàng)所述的半導(dǎo)體模塊,其特征在于，在一個(gè)封裝內(nèi)具備多對(duì)所述開(kāi)關(guān)元件和所述回流二極管。
全文摘要
本發(fā)明的目的在于提供一種具有高的沖擊電流耐受性的半導(dǎo)體模塊。本發(fā)明的半導(dǎo)體模塊(10)具備由寬帶隙半導(dǎo)體構(gòu)成的開(kāi)關(guān)元件(11)和與開(kāi)關(guān)元件(11)反向并聯(lián)連接的回流二極管(12)，回流二極管(12)由硅構(gòu)成并且具有負(fù)的溫度特性。
文檔編號(hào)H03K17/687GK103178817SQ20121036664
公開(kāi)日2013年6月26日 申請(qǐng)日期2012年9月28日 優(yōu)先權(quán)日2011年12月22日
發(fā)明者米山玲, 岡部浩之, 井上貴公, 酒井伸次 申請(qǐng)人:三菱電機(jī)株式會(huì)社