半导体装置制造方法及图纸

本发明专利技术提供一种即使发生了负载短路，功率半导体元件的温度也不会急剧上升的半导体装置。在起动电动机(2)时，由电荷泵电路(12)生成能够使功率半导体元件(11)通电流过其浪涌电流的栅极电压，若从起动电动机(2)开始经过一定时间(到浪涌电流结束为止的时间)，则计时器电路(16)使栅极钳位电路(17)动作，栅极钳位电路(17)通过抑制功率半导体元件(11)的栅极电压来使功率半导体元件(11)的载流能力下降。然后，在电动机(2)发生了短路事故的情况下，由于功率半导体元件(11)的栅极电压已经预先由栅极钳位电路(17)进行了降低，因此，只会流过与该降低后的栅极电压相当的负载短路电流。由此，因短路电流而引起的发热变少，温度上升也得以抑制。

Semiconductor device

The present invention provides a semiconductor device which can not increase the temperature of the power semiconductor element even if the load is short circuited. The starter motor (2), a charge pump circuit (12) to generate a power semiconductor element (11) through the gate voltage current surge current, if from the start motor (2) started after a certain period of time (to the surge current until the end of time), the timer circuit (16) of the gate clamp a circuit (17), gate clamp circuit (17) by suppressing the power semiconductor element (11) of the gate voltage to the power semiconductor element (11) decreased the current carrying capacity. Then, the motor (2) occurred short-circuit accident case, due to the power semiconductor element (11) has been previously by the gate gate voltage clamp circuit (17) is reduced, therefore, will only load current with the gate voltage is decreased. As a result, the short circuit current caused by less heat, temperature rise can be suppressed.

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及包含控制电动机等的功率半导体元件的半导体装置，尤其涉及在负载短路从而导致流过过电流时保护功率半导体元件以免受到热破坏的半导体装置。
技术介绍
汽车中大多搭载有电动机以及对该电动机进行开关控制的半导体装置，作为这种半导体装置，要求其进一步小型化并且伴随着温度环境的高温化而相应地提高其可靠性。为了应对半导体装置的小型化以及高可靠性化，研发了将功率半导体元件和驱动该功率半导体元件的驱动电路集成为一个芯片或一个封装的单芯片化半导体装置、或者单封装化半导体装置。驱动电路中包括控制电路、以及保护功率半导体元件的保护电路。保护电路例如对功率半导体元件的过热状态进行监控，若检测到过热状态，则将该情况通知给控制电路。控制电路若从保护电路接收到功率半导体元件的过热状态的通知，则进行使功率半导体元件关断等的控制。半导体装置还包括对流过功率半导体元件的电流进行监控的过电流限制电路。该过电流限制电路具有如下电路：即，间接地检测流过功率半导体元件的电流，并在检测到的电流值测得所设定的过电流限制值时对流过功率半导体元件的电流进行限制的电路(例如，参照专利文献1)。这里，在对电动机这种感性负载进行开关控制的半导体装置中，电动机起动时会有浪涌电流流过。即，若将功率半导体元件置为导通，则电流开始流过功率半导体元件和电动机。此时，初始流过的电流是比稳定运转时的电流值要大的电流，然后，电流缓缓下降从而固定在稳定的额定电流，在到达该额定电流之前流过的大电流即为浪涌电流。因此，功率半导体元件在对其导通控制时被控制为能够将考虑到了上述这种浪涌电流的电流提供给电动机。现有技术文献专利文献专利文献1：日本专利特开平11-195971号公报
技术实现思路
专利技术所要解决的技术问题然而，在负载以其额定电流被驱动时，若负载发生了短路事故，则功率半导体元件中会持续流过至少比浪涌电流要大的电流，因此，功率半导体元件的温度急剧上升。该情况下，在保护电路检测到过热状态并开始功率半导体元件的保护动作之前，有可能会上升到功率半导体元件受到热破坏的温度。并且，由于流过这种大电流，因此还有可能发生布线基板的烧损、以及因电源电压的变动而导致的周边器件的误动作等。另外，在内置有过电流限制电路的半导体装置中，由于过电流限制值设定为比浪涌电流的峰值要大，因此在负载发生短路的情况下，功率半导体元件中也会持续流过比浪涌电流的峰值要大的电流。该情况下，由于功率半导体元件的温度急剧上升，从而存在因急剧的温度上升而导致功率半导体元件受到热破坏等的问题。本专利技术是鉴于上述问题点而完成的，其目的在于提供一种即使发生了负载短路，功率半导体元件也不会发生急剧的温度上升的半导体装置。用于解决问题的技术方案本专利技术中，为了解决上述课题，提供一种具备驱动功率半导体元件的驱动电路的半导体装置。该半导体装置中，所述驱动电路包括：栅极钳位电路，该栅极钳位电路对所述功率半导体元件的栅极电压进行钳位；以及计时器电路，该计时器电路在所述功率半导体元件通电时开始进行计数，所述计时器电路在从计数开始经过一定时间后使所述栅极钳位电路进行动作，从而使所述功率半导体元件的载流能力降低。专利技术效果采用上述结构的半导体装置中，由于从功率半导体元件开始通电起经过一定时间后使功率半导体元件的载流能力降低，因此具有能够减小发生负载短路时的短路电流的优点。由此，功率半导体元件不会因短路电流而发生急剧的温度上升，能够防止功率半导体元件和基板布线的烧损，并能防止因电源电压的变动而引起的周边器件的误动作，从而能够确保较高的可靠性。并且，由于在浪涌电流的通电时，不会使功率半导体元件的载流能力降低，因此，能够防止功率半导体元件的无用发热。附图说明图1是表示实施方式1所涉及的半导体装置的电路结构图。图2是表示实施方式1所涉及的半导体装置的电荷泵电路的结构例的电路图。图3是表示实施方式1所涉及的半导体装置的栅极钳位电路的结构例的电路图。图4表示电动机动作时的动作波形的图。图5表示电动机动作时发生了负载短路的情况下的动作波形的图。图6是表示功率MOSFET的静态特性例的图。图7是表示实施方式2所涉及的半导体装置的电路结构图。图8是表示实施方式3所涉及的半导体装置的电路结构图。图9是表示实施方式3所涉及的半导体装置的电荷泵电路的结构例的电路图。图10是表示构成实施方式4所涉及的半导体装置的电荷泵电路的振荡电路的示例的电路图。具体实施方式下面，关于本专利技术的实施方式，以应用于车载电动机驱动用的半导体功率开关的情况为例，参照附图进行详细说明。各实施方式可以在不矛盾的范围内通过组合多个实施方式来实施。在以下的说明中，端子名称及施加于该端子的电压、信号等使用相同标号。图1是表示实施方式1所涉及的半导体装置的电路结构图。实施方式1所涉及的半导体装置10是将电动机驱动用的功率半导体元件11、以及驱动该功率半导体元件11的驱动电路集成得到的单芯片化的、或单封装化的IPS(INTELLIGENT POWER SWITCH：智能电源开关)。该半导体装置10配置在电源1的正极端子与电动机2之间，因此被称为高边(high side)IPS。该半导体装置10中，使用功率MOSFET(Metal-Oxide-Semiconductor Field-Effect Transistor：金属氧化物半导体场效应晶体管)来作为功率半导体元件11，但并不限于使用该功率MOSFET。例如，可以使用IGBT(Insulated Gate Bipolar Transistor：绝缘栅双极型晶体管)这种其他的功率器件来作为功率半导体元件11。功率半导体元件11的漏极与作为车载电池的、连接电源1的正极端子的端子VCC相连接，源极与连接电动机2的端子OUT相连接。功率半导体元件11的栅极与栅极电压升压用的电荷泵电路12的输出相连接，以端子GND的电位作为基准电位的电荷泵电路12的输入连接至以端子GND的电位作为基准电位的控制电
路13的输出，控制电路13的输入连接至端子IN。控制电路13还与以端子GND(或者内部GND)的电位作为基准电位的保护电路14相连接。该保护电路14例如检测功率半导体元件11是否处于过热状态，或者是否处于端子VCC的电源电压下降的状态，若检测到这种状态，则进行通知给控制电路13的动作。通过对功率半导体元件11的栅极施加相对于端子OUT的电位为规定电压(阈值电压)以上的电压，能够使功率半导体元件11导通。。因此，电荷泵电路12的输出电压是考虑了端子OUT的电位而进行设定的。所述内部GND由电压VCC的电源线生成(未图示)。内部GND的电位比电源VCC(例如12V)低规定电压(例如5V)。控制电路13进一步与取电MOSFET15的栅极及计时器电路16的输入相连接。取电MOSFET15的漏极和源极分别与功率半导体元件11的栅极和源极相连接，用于在使功率半导体元件11截止时，取出充电至其栅极电容的电荷以缩短开关时间。计时器电路16的输出与栅极钳位电路17的输入相连接，栅极钳位电路17的输出与功率半导体元件11的栅极相连接。计时器电路16在使功率半导体元件11导通的信号输入到作为控制电路13的输入的端子IN时开始进行计数，经过一定时间(浪涌电流通电时间)后输出使栅极本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种半导体装置，该半导体装置具备驱动功率半导体元件的驱动电路，该半导体装置的特征在于，所述驱动电路包括：栅极钳位电路，该栅极钳位电路对所述功率半导体元件的栅极电压进行钳位；以及计时器电路，该计时器电路在所述功率半导体元件通电时开始进行计数，所述计时器电路在从计数开始经过一定时间后使所述栅极钳位电路进行动作，从而使所述功率半导体元件的载流能力降低。

【技术特征摘要】
2015.06.10 JP 2015-1172631.一种半导体装置，该半导体装置具备驱动功率半导体元件的驱动电路，该半导体装置的特征在于，所述驱动电路包括：栅极钳位电路，该栅极钳位电路对所述功率半导体元件的栅极电压进行钳位；以及计时器电路，该计时器电路在所述功率半导体元件通电时开始进行计数，所述计时器电路在从计数开始经过一定时间后使所述栅极钳位电路进行动作，从而使所述功率半导体元件的载流能力降低。2.如权利要求1所述的半导体装置，其特征在于，所述一定时间设为到所述功率半导体元件通电开始时流入的浪涌电流结束为止的时间。3.如权利要求2所述的半导体装置，其特征在于，所述驱动电路还包括升压电路，该升压电路生成使所述...

【专利技术属性】
技术研发人员：岩水守生，吉田泰树，
申请(专利权)人：富士电机株式会社，
类型：发明
国别省市：日本;JP