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公開番号2025159136
公報種別公開特許公報(A)
公開日2025-10-17
出願番号2025135345,2024028265
出願日2025-08-15,2019-10-30
発明の名称半導体ユニット、バッテリユニット、及び車両
出願人ローム株式会社
代理人個人
主分類H03K 17/06 20060101AFI20251009BHJP(基本電子回路)
要約【課題】トランジスタチップの温度を検出すること。
【解決手段】半導体ユニット41は、半導体装置40と、制御部33と、抵抗部36と、を備える。半導体装置40は、トランジスタチップ42の表面に第2電極パッドと制御パッドとが設けられ、トランジスタチップ42の裏面に第1電極パッドが設けられる。制御パッドに入力される電圧に応じて第1電極パッドと第2電極パッドとの間のオン/オフ動作を行う。第1電極パッドに電気的に接続される第1端子と、第2電極パッドに電気的に接続される第2端子と、制御パッドに電気的に接続される制御端子と、を有する。制御部33は、制御端子に電気的に接続されてトランジスタチップ42を制御する。抵抗部36は、制御端子と制御部33との間に設けられる。第2電極パッドは、トランジスタチップ42の表面の中央で2つの領域に分離される。2つの領域の間に感温ダイオード80が配置されている。
【選択図】図18
特許請求の範囲【請求項１】
トランジスタチップの表面に第２電極パッドと制御パッドとが設けられ、前記トランジスタチップの裏面に第１電極パッドが設けられ、前記制御パッドに入力される電圧に応じて前記第１電極パッドと前記第２電極パッドとの間のオン／オフ動作を行う四角形状の前記トランジスタチップを有し、前記第１電極パッドに電気的に接続される第１端子と、前記第２電極パッドに電気的に接続される第２端子と、前記制御パッドに電気的に接続される制御端子と、を有する、半導体装置と、
前記制御端子に電気的に接続されて前記トランジスタチップを制御する制御部と、
前記制御端子と前記制御部との間に設けられる抵抗部と、
を備え、
前記第２電極パッドは、前記トランジスタチップの表面の中央で２つの領域に分離され、
前記２つの領域の間に感温ダイオードが配置されている、
半導体ユニット。
続きを表示（約 1,100 文字）【請求項２】
前記制御部は、前記トランジスタチップに流れる電流が閾値以上の場合に前記トランジスタチップをオフするように前記トランジスタチップを制御する、
請求項１に記載の半導体ユニット。
【請求項３】
前記抵抗部の抵抗値は、１００Ω以上である、
請求項１に記載の半導体ユニット。
【請求項４】
前記トランジスタチップは、ＩＧＢＴであり、前記第１電極パッドはコレクタ電極であり、前記第２電極パッドはエミッタ電極である、
請求項１に記載の半導体ユニット。
【請求項５】
前記トランジスタチップは、炭化シリコン（ＳｉＣ）の半導体基板により構成されたＭＯＳＦＥＴであり、前記第１電極パッドはドレイン電極であり、前記第２電極パッドはソース電極である、
請求項１に記載の半導体ユニット。
【請求項６】
前記トランジスタチップの表面には、ゲート電極パッド、前記感温ダイオードのアノードに電気的に接続されたアノード電極パッド、及び前記感温ダイオードのカソードに電気的に接続されたカソード電極パッドが設けられ、
前記ゲート電極パッド、前記アノード電極パッド、及び前記カソード電極パッドが前記トランジスタチップの１辺に沿って配置されている、
請求項１に記載の半導体ユニット。
【請求項７】
前記トランジスタチップは、前記トランジスタチップの平面視において前記２つの領域の配列方向と直交する方向に前記第２電極パッドが凹むように構成された切欠部を有し、
前記ゲート電極パッド、前記アノード電極パッド、及び前記カソード電極パッドは前記切欠部に配置される、
請求項６に記載の半導体ユニット。
【請求項８】
前記制御部は、前記感温ダイオードからの信号に応じて前記トランジスタチップの温度を検出する温度検出回路をさらに含み、
前記制御部は、前記温度検出回路によって検出された信号が閾値以上となる場合、前記トランジスタチップの前記制御端子に電流低下信号を供給する、
請求項１に記載の半導体ユニット。
【請求項９】
前記半導体ユニットは、前記トランジスタチップを複数備え、
前記複数のトランジスタチップは、互いに並列に接続されている、
請求項１に記載の半導体ユニット。
【請求項１０】
前記複数のトランジスタチップはそれぞれ、前記感温ダイオードを含む、
請求項９に記載の半導体ユニット。
（【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】
本開示は、半導体ユニット、バッテリユニット、及び車両に関する。
続きを表示（約 4,200 文字）【背景技術】
【０００２】
例えばハイブリッド自動車や電気自動車等の電動車両には、図５３に示すように、バッテリ２１０の正極と、電動車両を駆動するモータ２２０を制御するインバータ回路２３０との間にリレーユニット２００が設けられている。リレーユニット２００は、機械接点式リレーであるメインリレー２０１と、メインリレー２０１と並列に接続されるプリチャージ用のリレー回路２０２とを備える（例えば、特許文献１参照）。リレーユニット２００とインバータ回路２３０との間には、コンデンサ２４０が設けられている。プリチャージ用のリレー回路２０２は、バッテリからインバータ回路への突入電流が流れることを回避するための回路であり、機械接点式リレー２０３と電流制限抵抗２０４とが直列に接続された回路である。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
特開２０１０－１６１００９号公報
【０００４】
［概要］
プリチャージ用のリレー回路２０２によりバッテリ２１０からコンデンサ２４０への突入電流の電流制限を行う場合の消費電力の大半は、電流制限抵抗２０４で消費される。このため、突入電流を抑制するためには抵抗値の大きい電流制限抵抗２０４を用いる必要があり、この抵抗での消費電力が大きくなるため、電流制限抵抗２０４のサイズを大きくする必要があった。
【０００５】
また機械接点式となるメインリレー２０１及びプリチャージ用のリレー回路２０２自体の体格が大きく、重かった。加えて、高電圧大電流が流れたときにメインリレー２０１の接点部分が溶着して電流の遮断ができないこと、アーク放電すること、及び開閉回数に制限があることからリレーとしての信頼性が低かった。さらに、メインリレー２０１及びプリチャージ用のリレー回路２０２は、開閉時に音が鳴る問題もあった。
【０００６】
また、バッテリからインバータ回路へ大電流が流れることを回避するため、大電流が流れることに起因する、バッテリとインバータ回路との間に設けられた素子の温度を検出する必要があった。
【０００７】
本開示の一態様の半導体ユニットは、トランジスタチップの表面に第２電極パッドと制御パッドとが設けられ、前記トランジスタチップの裏面に第１電極パッドが設けられ、前記制御パッドに入力される電圧に応じて前記第１電極パッドと前記第２電極パッドとの間のオン／オフ動作を行う四角形状の前記トランジスタチップを有し、前記第１電極パッドに電気的に接続される第１端子と、前記第２電極パッドに電気的に接続される第２端子と、前記制御パッドに電気的に接続される制御端子と、を有する、半導体装置と、前記制御端子に電気的に接続されて前記トランジスタチップを制御する制御部と、前記制御端子と前記制御部との間に設けられる抵抗部と、を備え、前記第２電極パッドは、前記トランジスタチップの表面の中央で２つの領域に分離され、前記２つの領域の間に感温ダイオードが配置されている。
【図面の簡単な説明】
【０００８】
図１は、第１実施形態の半導体装置を備える車両の一部の電気的構成を模式的に示すブロック図である。
図２は、図１のリレーユニット及びその周辺の電気的構成を模式的に示す回路図である。
図３Ａは、車両力行時における半導体装置のＩＧＢＴに流れるコレクタ電流とコレクタ－エミッタ間電圧との関係を示すグラフである。
図３Ｂは、車両回生時における半導体装置のダイオードに流れる電流と順方向電圧との関係を示すグラフである。
図４Ａは、第１実施形態のＩＧＢＴの模式的な断面図である。
図４Ｂは、比較例のＩＧＢＴの模式的な断面図である。
図５は、ダイオードの模式的な断面図である。
図６は、半導体装置を備える半導体モジュールの斜視図である。
図７は、半導体装置の配置構成を示す半導体モジュールの図解的な平面図である。
図８は、図７の８－８線で切った半導体モジュールの断面図である。
図９は、半導体モジュールの底面図である。
図１０は、半導体ユニットの側面図である。
図１１は、第１比較例のプリチャージ制御におけるコレクタ－エミッタ間電圧及びコンデンサの端子間電圧の推移を示すグラフである。
図１２は、第１比較例のプリチャージ制御における半導体モジュールに流れる電流の推移を示すグラフである。
図１３は、第２比較例のプリチャージ制御におけるコレクタ－エミッタ間電圧及びコンデンサの端子間電圧の推移を示すグラフである。
図１４は、第２比較例のプリチャージ制御における半導体モジュールに流れる電流の推移を示すグラフである。
図１５は、第１実施形態のプリチャージ制御におけるコレクタ－エミッタ間電圧及びコンデンサの端子間電圧の推移を示すグラフである。
図１６は、第１実施形態のプリチャージ制御における半導体モジュールに流れる電流の推移を示すグラフである。
図１７は、比較例の半導体装置の回路図である。
図１８は、第２実施形態の半導体ユニットの回路図である。
図１９は、半導体モジュールの斜視図である。
図２０は、半導体装置の配置構成を示す半導体モジュールの図解的な平面図である。
図２１は、ＩＧＢＴの電極パッドの配置構成を示すＩＧＢＴの平面図である。
図２２は、ダイオードの電極パッドの配置構成を示すダイオードの平面図である。
図２３は、第３実施形態の半導体装置であるＲＣ－ＩＧＢＴの斜視断面図である。
図２４は、ＲＣ－ＩＧＢＴの底面図である。
図２５は、半導体装置の配置構成を示す半導体モジュールの図解的な平面図である。
図２６Ａは、ＲＣ－ＩＧＢＴのＩＧＢＴ及びダイオードに流れる電流とＲＣ－ＩＧＢＴの温度の推移を示したグラフである。
図２６Ｂは、ＩＧＢＴとダイオードとが個別に形成された比較例において、上段はＩＧＢＴに流れる電流とＩＧＢＴの温度の推移を示したグラフ、下段はダイオードに流れる電流とダイオードの温度の推移を示したグラフである。
図２７は、第４実施形態の半導体ユニットの回路図である。
図２８は、半導体装置の配置構成を示す半導体モジュールの図解的な平面図である。
図２９は、第５実施形態の半導体ユニットの回路図である。
図３０は、半導体装置の配置構成を示す半導体モジュールの図解的な平面図である。
図３１Ａは、ＩＧＢＴ及びＭＯＳＦＥＴに流れる場合の力行電流の大きさと半導体モジュールの端子間電圧との関係を示すグラフである。
図３１Ｂは、車両回生時における半導体装置のダイオードに流れる電流と順方向電圧との関係を示すグラフである。
図３２は、第６実施形態の半導体ユニットの回路図である。
図３３は、各ＩＧＢＴのゲート駆動信号の推移を示すグラフである。
図３４は、変形例の半導体ユニットの回路図である。
図３５は、変形例の半導体ユニットの回路図である。
図３６は、変形例の半導体モジュールにおいて半導体装置の配置構成を示す図解的な平面図である。
図３７は、変形例の半導体モジュールにおいて半導体装置の配置構成を示す図解的な平面図である。
図３８は、図３７の３８－３８線に沿った半導体モジュールの断面図である。
図３９は、変形例の半導体モジュールの図解的な平面図である。
図４０は、変形例の半導体装置のＲＣ－ＩＧＢＴの底面図である。
図４１は、変形例の半導体装置のＲＣ－ＩＧＢＴの底面図である。
図４２は、変形例の半導体装置のＲＣ－ＩＧＢＴの底面図である。
図４３は、変形例の半導体モジュールの図解的な平面図である。
図４４は、変形例の半導体ユニットにおいて、（ａ）及び（ｂ）はコンデンサの端子間電圧とＩＧＢＴの間欠動作時の周波数との関係を示すマップである。
図４５は、変形例の半導体ユニットにおいて、コンデンサの端子間電圧とＩＧＢＴの間欠動作時の周波数との関係を示すマップである。
図４６は、変形例の半導体ユニットにおいて、（ａ）及び（ｂ）はコンデンサの端子間電圧とＩＧＢＴのゲート－エミッタ間電圧との関係を示すマップである。
図４７は、変形例の半導体ユニットにおいて、コンデンサの端子間電圧とＩＧＢＴのゲート－エミッタ間電圧との関係を示すマップである。
図４８は、変形例の半導体ユニットにおいて、（ａ）及び（ｂ）はコンデンサの端子間電圧とＩＧＢＴのデューティ比との関係を示すマップである。
図４９は、変形例の半導体ユニットにおいて、コンデンサの端子間電圧とＩＧＢＴのデューティ比との関係を示すマップである。
図５０は、変形例のリレーユニット及びその周辺の模式的な回路図である。
図５１は、変形例のリレーユニット及びその周辺の模式的な回路図である。
図５２は、変形例の車両の一部の電気的構成を模式的に示すブロック図である。
図５３は、従来のリレーユニット及びその周辺の模式的な回路図である。
【０００９】
［詳細な説明］
以下、半導体装置、半導体モジュール、半導体ユニット、リレーユニット、バッテリユニット、及び車両の各実施形態について図面を参照して説明する。以下に示す各実施形態は、技術的思想を具体化するための構成や方法を例示するものであって、各構成部品の材質、形状、構造、配置、寸法等を下記のものに限定するものではない。以下の各実施形態は、種々の変更を加えることができる。
【００１０】
本明細書において、「部材Ａが部材Ｂと接続された状態」とは、部材Ａと部材Ｂとが物理的に直接的に接続される場合、並びに、部材Ａ及び部材Ｂが、電気的な接続状態に影響を及ぼさない他の部材を介して間接的に接続される場合を含む。
（【００１１】以降は省略されています）

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