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公開番号2022118366
公報種別公開特許公報(A)
公開日2022-08-15
出願番号2021014822
出願日2021-02-02
発明の名称半導体装置
出願人富士電機株式会社
代理人個人,個人
主分類H01L 21/822 20060101AFI20220805BHJP(基本的電気素子)
要約【課題】負電圧ノイズによるゲート駆動回路の誤動作を防止することができる半導体装置を提供する。
【解決手段】パッド2と、制御回路5と、ゲート駆動回路6u,6v,6w、セット側レベルシフタ71,73,75、リセット側レベルシフタ72,74,76及び環状配線8u,8v,8wをそれぞれ有し、パッド2までの距離が互いに異なる複数の高電位側回路領域10u,10v,10wと、パッド2とセット側レベルシフタ71,73,75を電気的に接続するセット側配線21と、パッド2とリセット側レベルシフタ72,74,76を電気的に接続するリセット側配線22を備え、パッド2に近い側に位置する環状配線8v,8wが、パッド2から遠い側に位置する環状配線8uを経由して、セット側配線21及びリセット側配線22に電気的に接続されている。
【選択図】図1
特許請求の範囲【請求項1】
パッドと、
前記パッドに印加される第1電位を基準電位とする制御回路と、
浮遊電位である第2電位を基準電位とするゲート駆動回路と、前記第1電位を基準電位とするセット信号を、前記第2電位を基準とするセット信号に変換するセット側レベルシフタと、前記第1電位を基準電位とするリセット信号を、前記第2電位を基準とするリセット信号に変換するリセット側レベルシフタと、をそれぞれ有し、前記パッドまでの距離が互いに異なる複数の高電位側回路領域と、
前記パッドと、前記パッドから最も遠い前記高電位側回路領域の前記セット側レベルシフタを電気的に接続するセット側配線と、
前記パッドと、前記パッドから最も遠い前記高電位側回路領域の前記リセット側レベルシフタを電気的に接続するリセット側配線と、
を備え、
前記パッドから最も遠い前記高電位側回路領域よりも前記パッドに近い側に位置する前記高電位側回路領域の前記セット側レベルシフタが、前記セット側配線を経由して前記パッドに電気的に接続され、
前記パッドから最も遠い前記高電位側回路領域よりも前記パッドに近い側に位置する前記高電位側回路領域の前記リセット側レベルシフタが、前記リセット側配線を経由して前記パッドに電気的に接続されていることを特徴とする半導体装置。
続きを表示(約 1,100 文字)【請求項2】
前記セット側配線及び前記リセット側配線の長さが互いに異なることを特徴とする請求項1に記載の半導体装置。
【請求項3】
前記複数の高電位側回路領域は、それぞれ、前記セット側レベルシフタと電気的に接続される第1配線と、前記リセット側レベルシフタに電気的に接続する第2配線と、
を備え、
前記パッドに近い側に位置する前記高電位側回路領域の第1配線が、前記パッドから遠い側に位置する前記高電位側回路領域の前記第1配線を経由して、前記セット側配線に電気的に接続され、
前記パッドに近い側に位置する前記高電位側回路領域の第2配線が、前記パッドから遠い側に位置する前記高電位側回路領域の前記第2配線を経由して、前記リセット側配線に電気的に接続されていることを特徴とする請求項1又は2に記載の半導体装置。
【請求項4】
異なる前記高電位側回路領域の前記第1配線同士を電気的に接続する第1接続配線と、
異なる前記高電位側回路領域の前記第2配線同士を電気的に接続する第2接続配線と、を更に備えることを特徴とする請求項3に記載の半導体装置。
【請求項5】
隣接する前記高電位側回路領域の前記第1配線同士を電気的に接続する第1接続配線と、
隣接する前記高電位側回路領域の前記第2配線同士を電気的に接続する第2接続配線と、を更に備えることを特徴とする請求項3に記載の半導体装置。
【請求項6】
互いに同じ前記高電位側回路領域の第1配線を電気的に接続する前記第1接続配線と、
互いに同じ前記高電位側回路領域の第2配線を電気的に接続する前記第2接続配線とが接続されていることを特徴とする請求項5に記載の半導体装置。
【請求項7】
1つの前記高電位側回路領域内の前記第1配線と前記第2配線とが接続されていることを特徴とする請求項3~6のいずれか1項に記載の半導体装置。
【請求項8】
前記接続された前記第1配線及び前記第2配線が前記ゲート駆動回路を囲むように配置された環状配線であることを特徴とする請求項7に記載の半導体装置。
【請求項9】
前記第1接続配線及び前記第2接続配線は、前記複数の高電位側回路領域のそれぞれの前記第1配線及び第2配線よりも上層の配線であることを特徴とする請求項4~8のいずれか1項に記載の半導体装置。
【請求項10】
隣接する前記高電位側回路領域の前記第1配線が互いに離間し、隣接する前記高電位側回路領域の前記第2配線が互いに離間することを特徴とする請求項3~9のいずれか1項に記載の半導体装置。
(【請求項11】以降は省略されています)

発明の詳細な説明【技術分野】
【0001】
本発明は、高耐圧集積回路装置(HVIC)等の半導体装置に関する。
続きを表示(約 2,300 文字)【背景技術】
【0002】
従来、電力変換用ブリッジ回路を構成する絶縁ゲート型バイポーラトランジスタ(IGBT)等の半導体パワースイッチング素子のゲート駆動には、電気的絶縁のためにトランスやフォトカプラが用いられてきた。しかし、近年では主に小容量の用途において、低コスト化のために電気的な絶縁を行わない高耐圧集積回路装置(以下、「HVIC」と称す)が用いられている(特許文献1及び非特許文献1参照)。
【0003】
HVICは、半導体パワースイッチング素子のゲートを駆動するゲート駆動回路と、ゲート駆動回路を制御する制御回路と、制御回路とゲート駆動回路の間で信号伝達を行うレベルシフタを備える。制御回路は、接地電位(GND電位)を基準として動作する。ゲート駆動回路は、浮遊電位であるVS電位を基準として動作する。ゲート駆動回路及び制御回路は、高耐圧接合終端領域(HVJT)により互いに分離されている。高耐圧接合終端領域は、ゲート駆動回路側(VS端子側)をカソード、制御回路側(GND端子側)をアノードとする高耐圧ダイオードにより構成されている。
【0004】
レベルシフタは、例えば高耐圧nチャネルMOSFETで構成されている。レベルシフタは、セット側とリセット側の2つが内蔵されており、高耐圧接合終端領域と一体化するように設けられている。セット側レベルシフタ及びリセット側レベルシフタのソースは、セット側配線及びリセット側配線の2本の配線でGNDパッドに接続されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【0005】
特許第3214818号明細書
【非特許文献】
【0006】
Proc.of The 11th Int.Symp.on Power Semiconductor Devices and ICs IEEE and IEEJ 1999年 pp.333-336
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【0007】
特許文献1及び非特許文献1に記載のHVICでは、半導体パワースイッチング素子のスイッチングに伴い、HVICのVS端子に-Vsノイズと呼ばれる負電圧ノイズが発生する。GNDパッドは、実装上や制御回路のレイアウト上の理由から必ずしもセット側レベルシフタ及びリセット側レベルシフタに対して対称となる位置に配置されず、セット側レベルシフタのソースとGNDパッドの間の配線抵抗と、リセット側レベルシフタのソースとGNDパッドの間の配線抵抗には差異が生じる。この差異により、負電圧ノイズの発生時にセット側レベルシフタ及びリセット側レベルシフタのいずれか一方のみが誤点弧することにより、ゲート駆動回路の出力が誤反転する場合がある。
【0008】
上記課題に鑑み、本発明は、負電圧ノイズによるゲート駆動回路の誤動作を防止することができる半導体装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【0009】
本発明の一態様は、(a)パッドと、(b)パッドに印加される第1電位を基準電位とする制御回路と、(c)浮遊電位である第2電位を基準電位とするゲート駆動回路と、第1電位を基準電位とするセット信号を、第2電位を基準とするセット信号に変換するセット側レベルシフタと、第1電位を基準電位とするリセット信号を、第2電位を基準とするリセット信号に変換するリセット側レベルシフタと、をそれぞれ有し、パッドまでの距離が互いに異なる複数の高電位側回路領域と、(d)パッドと、パッドから最も遠い高電位側回路領域のセット側レベルシフタを電気的に接続するセット側配線と、(e)パッドと、パッドから最も遠い高電位側回路領域のリセット側レベルシフタを電気的に接続するリセット側配線とを備え、パッドから最も遠い高電位側回路領域よりもパッドに近い側に位置する高電位側回路領域のセット側レベルシフタが、セット側配線を経由してパッドに電気的に接続され、パッドから最も遠い高電位側回路領域よりもパッドに近い側に位置する高電位側回路領域のリセット側レベルシフタが、リセット側配線を経由してパッドに電気的に接続されている半導体装置であることを要旨とする。
【0010】
本発明の他の態様は、(a)パッドと、(b)パッドに印加される第1電位を基準電位とする制御回路と、(c)浮遊電位である第2電位を基準電位とするゲート駆動回路と、第1電位を基準電位とするセット信号を、第2電位を基準とするセット信号に変換するセット側レベルシフタと、第1電位を基準電位とするリセット信号を、第2電位を基準とするリセット信号に変換するリセット側レベルシフタと、セット側レベルシフタ及びリセット側レベルシフタに接続する環状配線と、をそれぞれ有し、パッドまでの距離が互いに異なる複数の高電位側回路領域と、(d)パッドと、複数の高電位側回路領域のそれぞれのセット側レベルシフタを電気的に接続するセット側配線と、(e)パッドと、複数の高電位側回路領域のそれぞれのリセット側レベルシフタを電気的に接続するリセット側配線とを備え、パッドに近い側に位置する高電位側回路領域の環状配線が、パッドから遠い側に位置する高電位側回路領域の環状配線を経由して、セット側配線及びリセット側配線に電気的に接続されている半導体装置であることを要旨とする。
【発明の効果】
(【0011】以降は省略されています)

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