半导体装置的制作方法

本申请是基于2019年7月4日提出的申请号201910600380.5申请(半导体装置以及电力变换装置)的分案申请，以下引用其内容。

本发明涉及半导体装置以及电力变换装置。

背景技术：

在专利文献1中公开了具备热敏电阻的功率模块。热敏电阻对在构成于电力变换装置内的流路流过的冷却冷媒的温度进行检测。

专利文献1：日本特开2016-103901号公报

在使用热敏电阻对芯片温度进行检测的情况下，根据芯片的周围温度而推定功率器件芯片的温度。即，在使用热敏电阻的情况下，通常无法对芯片自身的温度进行检测。另外，作为芯片温度的另外的检测方法，想到例如由温度感测二极管实现的方法。但是，就该方法而言，需要向芯片附加温度感测二极管，内置于芯片的部件数量增加。

技术实现要素：

本发明就是为了解决上述课题而提出的，其目的在于得到能够在抑制半导体芯片的部件数量的同时检测半导体芯片自身的温度的半导体装置以及电力变换装置。

本发明涉及的半导体装置具备：半导体芯片，其电阻值与温度相对应地变化；外部电阻，其与该半导体芯片串联连接；以及检测部，其在向由该半导体芯片和该外部电阻形成的串联电路的两端施加了第1电压的状态下，对施加至该外部电阻的两端的第2电压进行检测，该检测部根据该第2电压对该半导体芯片的温度进行计算。

发明的效果

就本发明涉及的半导体装置而言，通过对施加至外部电阻的第2电压进行检测，从而能够检测半导体芯片的电阻值。因此，能够根据电阻值与温度之间的关系而计算半导体芯片的温度。

附图说明

图1是对实施方式1涉及的电力变换装置进行说明的图。

图2是对实施方式1涉及的半导体装置进行说明的图。

图3是对实施方式2涉及的半导体芯片的电阻值的温度变化进行说明的图。

图4是表示实施方式2涉及的半导体芯片的通断开始时的电压波形的图。

图5是对实施方式3涉及的半导体芯片的电阻值的温度变化进行说明的图。

图6是对实施方式4涉及的外部装置进行说明的图。

标号的说明

100半导体装置，101电力变换装置，14半导体芯片，14a、14c内部电阻，21外部电阻，22、222检测部

具体实施方式

参照附图，对本发明的实施方式涉及的半导体装置以及电力变换装置进行说明。对相同或相应的结构要素标注相同的标号，有时省略重复说明。

实施方式1.

图1是对实施方式1涉及的电力变换装置101进行说明的图。就电力变换装置101而言，2个半导体芯片14串联连接，形成了半桥电路。半导体芯片14例如是igbt(insulatedgatebipolartransistor)等功率器件芯片。

就电力变换装置101而言，电容器12与电源10并联连接。2个半导体芯片14形成的串联电路与电容器12并联连接。另外，向各个半导体芯片14连接续流二极管。从驱动电源18向各个半导体芯片14的栅极-发射极间供给电压。由此，对半导体芯片14进行驱动。

就2个半导体芯片14中的一者而言，在驱动电源18与栅极端子之间连接有后述的外部电阻。另外，在2个半导体芯片14的连接点与电容器12的负极之间连接有变压器16。驱动电源18通过使2个半导体芯片14交替地进行通断，从而在变压器16产生电压。

图2是对实施方式1涉及的半导体装置100进行说明的图。半导体装置100具有半导体芯片14和外部装置20。外部装置20连接在半导体芯片14的栅极端子与驱动电源18之间。外部装置20具有外部电阻21和检测部22。

外部电阻21的一端与驱动电源18连接，另一端与半导体芯片14的栅极端子连接。外部电阻21与半导体芯片14串联连接。检测部22与外部电阻21并联连接。

驱动电源18是交流电源。不限于此，驱动电源18也可以输出脉冲信号、pwm(pulsewidthmodulation)信号以及矩形波等。驱动电源18向由半导体芯片14和外部电阻21形成的串联电路的两端供给第1电压。半导体芯片14通过被供给第1电压而进行通断。

在向由半导体芯片14和外部电阻21形成的串联电路的两端施加了第1电压的状态下，检测部22对施加至外部电阻21的两端的第2电压进行检测。检测部22所检测的第2电压成为通过外部电阻21和半导体芯片14的内部电阻将驱动电源18供给的第1电压进行分压而得到的值。

这里，半导体芯片14内置具有温度系数的内部电阻。即，半导体芯片14的电阻值与温度相对应地变化。半导体芯片14的内部电阻可以是在形成芯片时作为寄生电阻而自发产生的，也可以是设置于芯片内部的电阻元件。

检测部22根据第1电压和检测到的第2电压，对施加至半导体芯片14的内部电阻的电压进行计算。另外，检测部22根据第2电压、施加至半导体芯片14的内部电阻的电压、外部电阻21的电阻值对半导体芯片14的内部电阻进行计算。并且，检测部22根据计算得到的半导体芯片14的内部电阻与芯片温度之间的关系对半导体芯片14的温度进行计算。

这里，优选外部电阻21与半导体芯片14的内部电阻相比，电阻相对于温度变化的变化量小。外部电阻21使用温度系数接近零的电阻即可。外部电阻21例如是引线型电阻器。作为外部电阻21，能够使用形成了碳覆膜的碳覆膜电阻器或者蒸镀了nicr类等金属覆膜的金属覆膜电阻器等。

由此，在本实施方式中，能够使用外部电阻21与半导体芯片14的内部电阻之间的分压比，对半导体芯片14自身的温度进行计算。另外，即使不向半导体芯片14附加片上二极管等，也能够计算芯片温度。因此，能够在抑制半导体芯片14的部件数量的同时检测半导体芯片14自身的温度。另外，通常针对电力变换装置101不使用小型的热敏电阻或者温度感测二极管等，因此能够提高装配性以及生产率。

另外，在本实施方式中，只在半桥电路与驱动电源18之间连接外部装置20，从而能够容易地附加温度检测功能。因此，能够无关于温度检测功能的有无而将半桥电路标准化。因此，能够抑制由附加温度检测功能而引起的工时以及成本的增大。外部装置20也可以相对于半导体芯片14的栅极端子可拆卸地设置。外部装置20也可以设置于例如对形成半桥电路的多个半导体芯片14以及基板等进行收容的壳体的外部。

在本实施方式中，检测部22检测第2电压，对半导体芯片14的温度进行计算。不限于此，检测部22只要至少能够检测第2电压即可。也可以是外部设备或者使用者使用由检测部22检测到的第2电压而对半导体芯片14的温度进行计算。

另外，电力变换装置101不限于图1所示的装置，也可以是逆变器等。电力变换装置101只要是具有至少1个半导体芯片14的电路即可。

另外，半导体芯片14以及续流二极管也可以由宽带隙半导体形成。宽带隙半导体例如是碳化硅、氮化镓类材料或者金刚石。

由宽带隙半导体形成的开关元件以及二极管元件通常耐电压性高，容许电流密度也高。因此，能够将半导体芯片14以及续流二极管小型化。通过使用小型化后的半导体芯片14以及续流二极管，从而能够将半导体装置100以及电力变换装置101小型化。

并且，由宽带隙半导体形成的开关元件以及二极管元件通常电力损耗低。因此，能够将半导体芯片14以及续流二极管高效化。由此，能够将半导体装置100以及电力变换装置101高效化。

这些变形能够适当地应用于以下的实施方式涉及的半导体装置以及电力变换装置。此外，以下的实施方式涉及的半导体装置以及电力变换装置与实施方式1的共通点多，因此以与实施方式1的不同点为中心进行说明。

实施方式2.

图3是对实施方式2涉及的半导体芯片14的电阻值的温度变化进行说明的图。此外，在图3中省略了检测部22。在本实施方式中，半导体芯片14的温度越低，半导体芯片14的电阻值变得越大。如图3所示，半导体芯片14具有内部电阻14a和元件电容14b。内部电阻14a例如在-40℃的低温时是10ω，在25℃的常温时是3ω，在150℃的高温时是0.006ω。另外，外部电阻21的电阻值例如是3ω。

通常在高温下，igbt等半导体元件的尾电流增大。因此，担心在高温下，通断速度下降，通断损耗增加。与此相对，在本实施方式中，在高温时半导体芯片14的内部电阻变小。通常如果内部电阻变小，则通断速度增加。因此，能够抑制高温下的通断速度的下降以及通断损耗。

图4是表示实施方式2涉及的半导体芯片14的通断开始时的电压波形的图。图4是通断刚开始后的半导体芯片14的栅极-发射极间电压波形的模拟结果。栅极-发射极间电压波形与温度相对应地变化。因此，能够根据驱动刚开始后的电压波形而推定半导体芯片14的温度。

检测部22也可以根据从开始通断到施加至半导体芯片14的电压达到预先确定的电压为止的时间而计算半导体芯片14的温度。具体地说，检测部22也可以根据栅极-发射极间电压从-15v到达至3v为止的时间而计算半导体芯片14的温度。

另外，检测部22也可以根据通断开始时的栅极-发射极间电压的斜率而计算半导体芯片14的温度。

另外，在驱动开始时，半导体芯片14的栅极-发射极间电压与由内部电阻14a和元件电容14b决定的时间常数相对应地上升。在本实施方式中，内部电阻14a与芯片温度相对应地变化。因此，栅极-发射极间电压收敛至固定值为止的时间与芯片温度相对应地变化。检测部22也可以根据从开始通断到半导体芯片14的栅极-发射极间电压收敛至预先确定的电压为止的时间而计算半导体芯片14的温度。此时，检测部22具有计时器，使用计时器对从驱动开始到栅极-发射极间电压收敛至固定电压为止的时间进行检测。

实施方式3.

图5是对实施方式3涉及的半导体芯片14的电阻值的温度变化进行说明的图。半导体芯片14具有并联连接的多个内部电阻14a、14c。在本实施方式中，半导体芯片14的电阻值是多个内部电阻14a、14c的电阻值。内部电阻14c与内部电阻14a相比，电阻值相对于温度变化的变化量小。如在实施方式2中所说明的那样，内部电阻14a具有负的温度系数。另外，内部电阻14c的温度系数大致为0。例如，在-40℃～+150℃之间，内部电阻14c的电阻值大约是1ω。

就具有温度系数的半导体元件而言，担心由于温度而成为高电阻。与此相对，在本实施方式中，在内部电阻14a成为高电阻的低温时，能够经由内部电阻14c而流过电流。因此，能够抑制由温度变化引起的半导体芯片14的高电阻化。

在本实施方式中，使内部电阻14c的温度系数大致为0。不限于此，只要内部电阻14c的电阻值与内部电阻14a的电阻值相比，相对于温度变化的变化量小，在至少一部分的温度区域比内部电阻14a的电阻值小即可。另外，内部电阻14c也可以使用与内部电阻14a相同的电阻。在这种情况下，通过将内部电阻14a、14c并联连接，从而即使各自的电阻值上升，也能够缓和合成电阻的上升。另外，半导体芯片14也可以具有并联连接的大于或等于3个内部电阻。

实施方式4.

图6是对实施方式4涉及的外部装置220进行说明的图。外部装置220具有检测部222。检测部222具有微分电路。在微分电路中，输出是输入的导数。因此，检测部222能够检测第2电压的峰值。检测部222根据第2电压的峰值而计算外部电阻21与半导体芯片14的内部电阻之间的分压比。由此，能够容易地检测半导体芯片14的温度。

此外，在本实施方式中说明的技术特征也可以适当组合地使用。