專利名稱：半導體模塊的制作方法
技術領域：
本發明涉及包括由寬帶隙半導體構成的開關元件的半導體模塊。
背景技術：
作為能夠實現高耐壓、低損失以及高耐熱的下一代的開關元件，使用了碳化硅(SiC)的半導體元件被認為是有前景的，期待應用于變換器(inverter)等功率半導體模塊。例如在專利文獻I中提出使用了由SiC等寬帶隙半導體構成的開關元件的電流變
換裝置。為了防止由浪涌電流所導致的破壞，將回流二極管反向并聯連接于各開關元件。在專利文獻2中，利用SiC等寬帶隙半導體形成回流二極管的肖特基勢壘二極管，由此，將回流二極管的恢復電流變小，謀求開關損失的減少。現有技術文獻 專利文獻
專利文獻1:日本特開2008-61404號公報；
專利文獻2:日本特開2010-252568號公報。但是，若如專利文獻2那樣使用SiC制的肖特基勢壘二極管(SiC-SBD)作為SiC制的開關元件的回流二極管，則存在針對沖擊電流的發生損失變大的問題。由于SiC-SBD的溫度特性為正，所以，若流過大電流而成為高溫，則正向電壓VF變大。因此，針對沖擊電流的發生損失(IFXVF)變大。陷入到如下的正反饋:若器件溫度因發生損失的增大而上升，則電壓VF上升，由于VF的上升，發生損失進一步上升。因此，在對SiC制的開關元件使用了 SiC-SBD的回流二極管的全SiC結構的半導體模塊中，實際上需要在允許損失以下來使用，在實際使用上存在工作溫度范圍和沖擊電流值被限制的問題。

發明內容
本發明是鑒于上述問題而提出的，其目的在于提供一種具有高的沖擊電流耐受性的半導體模塊。本發明提供一種半導體模塊，具備由寬帶隙半導體構成的開關元件和與開關元件反向并聯連接的回流二極管，回流二極管由硅構成并且具有負的溫度特性。本發明的半導體模塊具備由寬帶隙半導體構成的開關元件和與開關元件反向并聯連接的回流二極管，回流二極管由硅構成并且具有負的溫度特性，所以，針對沖擊電流不會達到正反饋，具有高的耐性。


圖1是實施方式I的半導體模塊的電路圖。圖2是示出實施方式I的半導體模塊的回流二極管的溫度特性的圖。
圖3是實施方式2的半導體模塊的電路圖。圖4是前提技術的半導體模塊的電路圖。圖5是示出SiC制肖特基勢壘二極管的溫度特性的圖。圖6是前提技術的半導體模塊的電路圖。
具體實施例方式(A.前提技術)
圖4是前提技術的半導體模塊100的電路圖。半導體模塊100具備:SiC制的MOSFET101 ;作為回流二極管而與M0SFET101反向并聯連接的SiC制的肖特基勢壘二極管(SiC-SBD) 102。在圖5中示出SiC_SBD102的V-1特性的根據溫度而發生的變化。圖5示出低溫時的V-1特性和高溫時的V-1特性。關于針對沖擊電流IF的正向電壓VF，相對于對低溫時的VF1，在高溫時增加到VF2 (VF1〈VF2)。這樣，SiC_SBD102具有正的溫度特性。圖6示出使用了多個半導體模塊100的變換器的電路。多個半導體模塊100與電容器103并聯連接。在接通電源時電容器103被充電的過渡狀態下，沖擊電流在例如在圖6中以箭頭所示的方向流過。電容器103越是大容量，沖擊電流的值越大。若流過大的沖擊電流而SiC-SBD102的溫度上升，則如圖5所示那樣VF上升，所以，發生損失IFXVF增大。達到如下的正反饋:若發生損失增大，則溫度進一步上升，VF變大，若VF變大，則發生損失進一步增大。在本發明的半導體模塊中，為了解決上述問題，具有使用具有正的溫度特性的器件作為回流二極管的結構。(B.實施方式I)
<B-1.結構、工作〉
圖1是實施方式I的半導體模塊10的電路圖。半導體模塊10具備:SiC制的M0SFET11 ；作為回流二極管而與M0SFET11反向并聯連接的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生的變化。圖2示出低溫時的V-1特性和高溫時的V-1特性。關于針對預定的電流IF的正向電壓VF，在低溫時是VF1，但是在高溫時減少至VF2 (VFDVF2)。這樣，Si制的PN 二極管12具有負的溫度特性，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的情況下，PN 二極管12的溫度上升，并且，VF下降，所以，發生損失(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結之間設置載流子蓄積層，由此，產生電導率調制，與PN 二極管相比，能夠進一步降低VF0因此，與使用PN二極管的情況相比，能夠進一步提高半導體模塊的沖擊電流耐受性。此夕卜，能夠抑制工作時的發生損失，能夠實現低損失。此外，作為開關元件的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體。〈B-3.效果〉
根據本發明的半導體模塊，起到以下的效果。即，本發明的半導體模塊10具備由寬帶隙半導體構成的M0SFET11 (開關元件)和與開關元件反向并聯連接的PN 二極管12 (回流二極管)，回流二極管由硅構成并且具有負的溫度特性，所以，針對沖擊電流不會達到正反饋，具有聞的耐性。此外，作為回流二極管，使用具有負的溫度特性的由硅構成的PN 二極管或PiN 二極管，由此，針對沖擊電流不會達到正反饋，具有高的耐性。此外，關于構成M0SFET11的寬帶隙半導體，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體構成的開關元件的半導體模塊中，能夠提高針對沖擊電流的耐性。(C.實施方式2)
<c-l.結構、工作〉
圖3是實施方式2的半導體模塊20的電路圖。在半導體模塊20中，在電源連接端子間串聯連接有兩個半導體模塊10，并且，對應于三相負載，將它們并聯連接三個。這樣，在一個封裝內匯集多個實施方式I的半導體模塊10，由此，能夠實現半導體模塊的小型化。〈C-2.效果 >
本實施方式的半導體模塊在一個封裝內具備多對實施方式I的開關元件11和回流二極管12，所以，能夠實現半導體模塊的小型化。附圖標記說明:
10、20、100半導體模塊
11、101MOSFET
12、102PN 二極管。
權利要求
1.一種半導體模塊，其特征在于，具備:開關元件，由寬帶隙半導體構成；以及回流二極管，與所述開關元件反向并聯連接，所述回流二極管由硅構成并且具有負的溫度特性。
2.如權利要求1所述的半導體模塊，其特征在于，所述回流二極管是PN 二極管或PiN 二極管。
3.如權利要求1所述的半導體模塊，其特征在于，所述寬帶隙半導體包括碳化硅、氮化鎵類材料或金剛石。
4.如權利要求1 3的任意一項所述的半導體模塊,其特征在于，在一個封裝內具備多對所述開關元件和所述回流二極管。
全文摘要
本發明的目的在于提供一種具有高的沖擊電流耐受性的半導體模塊。本發明的半導體模塊(10)具備由寬帶隙半導體構成的開關元件(11)和與開關元件(11)反向并聯連接的回流二極管(12)，回流二極管(12)由硅構成并且具有負的溫度特性。
文檔編號H03K17/687GK103178817SQ20121036664
公開日2013年6月26日 申請日期2012年9月28日 優先權日2011年12月22日
發明者米山玲, 岡部浩之, 井上貴公, 酒井伸次 申請人:三菱電機株式會社