半导体器件制造技术

本公开涉及一种半导体器件。当负载端子PNl中生成的输出电压Vo比接地电压GND低时，检测晶体管MNd使检测电流IdN流向电流路径CP1n。电流镜电路CMp1将在电流路径CP1n中流动的检测电流IdN传送到电流路径CP2a。检测电阻元件Rd1将在电流路径CP2a中流动的镜像电流I2a转换为检测电压Vd1。当转换后的检测电压Vd1高于预定值时，控制晶体管MNc1被导通。然后，在控制晶体管MNc1导通的同时，输出晶体管QO被控制为截止。截止。截止。

【技术实现步骤摘要】
半导体器件
[0001]相关申请的交叉引用
[0002]包括说明书、附图和摘要在内的2021年9月27日提交的日本专利申请第2021
‑
156926号的公开内容全部通过引用并入本文。


[0003]本专利技术涉及一种半导体器件，例如涉及一种用于功率控制的半导体器件。

技术介绍

[0004]在用于功率控制的半导体器件中，当将向诸如螺线管或马达之类的感应负载的电流供应从接通切换到关断时，通过释放存储在负载中的电磁能而生成反电动势(EMF)电压。为了防止输出晶体管被反电动势电压破坏，存在将用于将反电动势电压钳位到预定钳位电压的动态钳位电路被安装在半导体器件中的情况。
[0005]专利文献1和专利文献2公开了一种在其中安装有这种动态钳位电路的半导体器件。当输出晶体管的漏极
‑
源极电压超过预定值时，动态钳位电路通过增加输出晶体管的栅极电压和半导通输出晶体管来示意性地钳位反电动势电压。
[0006][现有技术文件][0007][专利文献][0008][专利文献1]日本未审查公开第2016
‑
208406号
[0009][专利文献2]日本未审查公开第2017
‑
212522号

技术实现思路

[0010]例如，如专利文献1和2中所示，在通过输出晶体管的半导通来钳位反电动势电压的方法中，存在在半导通定时处的输出晶体管的操作点在安全操作区域(SOA)的范围之外的可能性。特别是在使用超结结构等的导通电阻降低的输出晶体管中，存在与二次击穿相关联的SOA变窄的情况。在这种情况下，满足SOA可能会更加困难。
[0011]从本说明书和附图的描述中，其他目的和新颖特征将变得显而易见。
[0012]根据实施例的半导体器件包括：第一电源端子，被施加第一电源电压；第二电源端子，被施加比所述第一电源电压低的第二电源电压；负载端子，负载耦合到该负载端子；输出晶体管，耦合在第一电源端子与负载端子之间，并且基于其控制节点与负载端子之间的控制电压而被控制；驱动器，基于控制输入信号来控制控制电压；第一电流路径，形成在第一电源端子与负载端子之间；检测晶体管，被插入在第一电流路径中，并且在负载端子处生成的输出电压低于第二电源电压的时段中使检测电流流向第一电流路径；电流镜电路，将流过第一电流路径的检测电流传送到第二电流路径；检测电阻元件，被插入在第二电流路径中，并且将流过第二电流路径的电流转换为检测电压；以及控制晶体管，在由检测电阻元件转换的检测电压高于预定值时被导通，其中输出晶体管在控制晶体管导处于导通状态的时段中被控制为截止状态。
[0013]根据一个实施例，可以防止由于输出晶体管的二次击穿而导致的击穿。
附图说明
[0014]图1是示出了应用根据第一实施例的半导体器件的功率控制单元周围的示意性配置示例的框图。
[0015]图2是示出了应用根据第一实施例的半导体器件的功率控制系统的示意性配置示例的框图。
[0016]图3是示出了图1和图2中的功率器件的概略示例的平面图。
[0017]图4是示出了图3的输出晶体管的A
‑
A'之间的示例性配置的横截面图。
[0018]图5是示出了图1和图2的功率器件的主要部分的配置示例的电路图。
[0019]图6是示出了图5中所示的功率器件的操作示例的波形图。
[0020]图7是示出了根据第二实施例的功率器件的主要部分的配置示例的电路图。
[0021]图8是示出了图7中所示的功率器件的操作示例的波形图。
[0022]图9是示出了根据第三实施例的功率器件的主要部分的配置示例的电路图。
[0023]图10是示出了图9中所示的功率器件的操作示例的波形图。
[0024]图11是示出了根据第四实施例的功率器件的主要部分的配置示例的电路图。
[0025]图12是示出了图11中所示的功率器件的操作示例的波形图。
[0026]图13A是示出了作为比较示例的功率器件的操作示例的波形图。
[0027]图13B是示出了输出晶体管的安全操作区域(SOA)与图13A中的输出晶体管的操作示例的对应关系的图。
具体实施方式
[0028]如有必要，为了方便起见，以下的实施例将被分为各部分或各实施例，但是除非另有说明，否则它们之间并非不相关，其中之一将受到其他的一些或全部的修改、细节、补充说明等等。
[0029]此外，在以下的实施例中，元素的数量等(包括数量、值、量、范围等)不限于特定的数量，并且可以大于或小于特定数量，但是有明确规定和原则上明显限于特定数量的除外。
[0030]此外，在以下的实施例中，不言而喻，除了特别明确的情况和原则上认为明显必要的情况以外，构成元素(包括元素步骤等)不是必须的。类似地，在以下的实施例中，当提及组件等的形状、位置关系等时，假定这些形状等与这些形状等基本近似或相似，除了具体规定的情况和原则上认为是显而易见的情况等。这同样适用于上述数值和范围。
[0031]在下文中，将参考附图详细描述本专利技术的实施例。在用于解释实施例的所有附图中，原则上，相同的构件用相同的附图标记来标示，并且省略其重复描述。
[0032]第一实施例
[0033]<功率控制单元的示意图>
[0034]图1是示出了应用根据第一实施例的半导体器件的功率控制单元周围的示意性配置示例的框图。图2是示出了应用根据第一实施例的半导体器件的功率控制系统的示意性配置示例的框图。图1或图2中所示的功率控制单元10、10a、10b1、10b2中的每一个例如是用于交通工具的发动机控制单元(ECU)等。功率控制单元10、10a、10b1和10b2具有用于控制从
电池11到负载12的功率供应的功能。
[0035]图1中所示的功率控制单元10包括作为半导体器件的功率器件20和微型计算机(被称为MCU)21。例如，功率器件20和MCU 21中的每一个由一个半导体芯片构成，被安装在构成功率控制单元10的布线板上。功率器件20包括例如功率半导体元件，诸如MOSFET(金属氧化物半导体场效应晶体管)和IGBT(绝缘栅双极晶体管)。在第一实施例中，功率器件20包括IPD(智能功率器件)，其例如包括例如MOSFET以及包括驱动器和用于MOSFET的各种保护电路的控制电路。
[0036]功率器件(半导体器件)20包括：高电位侧电源端子PNv，高电位侧电源电压VCC被施加到该高电位侧电源端子PNv；耦合到负载12的负载端子PNl；以及用于输入控制输入信号IN的控制输入端子PNi。高电位侧电源电压VCC由电池11生成，例如具有诸如12至15V之类的电压值。负载12是电感性负载、电阻性负载或电容性负载。电感性负载例如是螺线管、马达、线圈等。参考低电位侧电源电压GND，负载12通过从负载端子PNl接收高电位侧电源电压来进行操作。
[0037]在本说明书中，本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种半导体器件，包括：第一电源端子，被施加第一电源电压；第二电源端子，被施加低于所述第一电源电压的第二电源电压；负载端子，负载耦合到所述负载端子；输出晶体管，耦合在所述第一电源端子与所述负载端子之间，并且基于输出晶体管的控制节点与所述负载端子之间的控制电压而被控制；驱动器，基于控制输入信号来控制所述控制电压；第一电流路径，形成在所述第一电源端子与所述负载端子之间；检测晶体管，被插入在所述第一电流路径中，并且使检测电流在所述负载端子处生成的输出电压低于所述第二电源电压的时段中流向所述第一电流路径；电流镜电路，将流过所述第一电流路径的所述检测电流传送到第二电流路径；检测电阻元件，被插入在所述第二电流路径中，并且将流过所述第二电流路径的电流转换为检测电压；以及控制晶体管，在由所述检测电阻元件转换的所述检测电压高于预定值时的时段中被导通，其中所述输出晶体管在所述控制晶体管处于导通状态的时段中被控制为截止状态。2.根据权利要求1所述的半导体器件，其中所述检测电阻元件具有耦合到所述负载端子的一端和耦合到所述控制晶体管的所述控制节点的另一端，以及其中所述控制晶体管在所述输出晶体管处于导通状态的时段中、在所述控制节点和所述负载端子之间短路。3.根据权利要求2所述的半导体器件，其中所述控制晶体管具有比所述驱动器更高的驱动能力，并且在所述控制晶体管处于导通状态的时段中，无论所述驱动器的操作如何，所述控制晶体管都在所述控制节点和所述负载端子之间短路。4.根据权利要求1所述的半导体器件，其中所述检测电阻元件具有耦合到所述第二电源端子的一端和耦合到所述控制晶体管的所述控制节点的另一端，其中当所述控制晶体管处于导通状态时，所述控制晶体管将施加到所述第二电源端子的所述第二电源电压施加到所述驱动器，并且其中在从所述控制晶体管施加所述第二电源电压的时段中，所述驱动器将所述控制电压控制为截止电平。5.根据权利要求1所述的半导体器件，还包括：调整电阻元件，调整所述检测电流的幅度。6.根据权利要求1所述的半导体器件，还包括：钳位元件，所述钳位元件被插入在所述第一电流路径中，并且当在其两端之间施加高于钳位电压的电压时导通，其中所述钳位电压被设置为比所述第一电源电压和所述第二电源电压之间的差异电压大的电压。
7.根据权利要求1所述的半导体器件，其中所述半导体器件由单个半导体芯片构成。8.一种半导体器件，包...

【专利技术属性】
技术研发人员：吉村直弘，田中诚，
申请(专利权)人：瑞萨电子株式会社，
类型：发明
国别省市：