专利名称：半导体模块的制作方法
技术领域：
本发明涉及包括由宽带隙半导体构成的开关元件的半导体模块。
背景技术：
作为能够实现高耐压、低损失以及高耐热的下一代的开关元件，使用了碳化硅(SiC)的半导体元件被认为是有前景的，期待应用于变换器(inverter)等功率半导体模块。例如在专利文献I中提出使用了由SiC等宽带隙半导体构成的开关元件的电流变
换装置。为了防止由浪涌电流所导致的破坏，将回流二极管反向并联连接于各开关元件。在专利文献2中，利用SiC等宽带隙半导体形成回流二极管的肖特基势垒二极管，由此，将回流二极管的恢复电流变小，谋求开关损失的减少。现有技术文献 专利文献
专利文献1:日本特开2008-61404号公报；
专利文献2:日本特开2010-252568号公报。但是，若如专利文献2那样使用SiC制的肖特基势垒二极管(SiC-SBD)作为SiC制的开关元件的回流二极管，则存在针对冲击电流的发生损失变大的问题。由于SiC-SBD的温度特性为正，所以，若流过大电流而成为高温，则正向电压VF变大。因此，针对冲击电流的发生损失(IFXVF)变大。陷入到如下的正反馈:若器件温度因发生损失的增大而上升，则电压VF上升，由于VF的上升，发生损失进一步上升。因此，在对SiC制的开关元件使用了 SiC-SBD的回流二极管的全SiC结构的半导体模块中，实际上需要在允许损失以下来使用，在实际使用上存在工作温度范围和冲击电流值被限制的问题。
发明内容
本发明是鉴于上述问题而提出的，其目的在于提供一种具有高的冲击电流耐受性的半导体模块。本发明提供一种半导体模块，具备由宽带隙半导体构成的开关元件和与开关元件反向并联连接的回流二极管，回流二极管由硅构成并且具有负的温度特性。本发明的半导体模块具备由宽带隙半导体构成的开关元件和与开关元件反向并联连接的回流二极管，回流二极管由硅构成并且具有负的温度特性，所以，针对冲击电流不会达到正反馈，具有高的耐性。
图1是实施方式I的半导体模块的电路图。图2是示出实施方式I的半导体模块的回流二极管的温度特性的图。
图3是实施方式2的半导体模块的电路图。图4是前提技术的半导体模块的电路图。图5是示出SiC制肖特基势垒二极管的温度特性的图。图6是前提技术的半导体模块的电路图。
具体实施例方式(A.前提技术)
图4是前提技术的半导体模块100的电路图。半导体模块100具备:SiC制的MOSFET101 ;作为回流二极管而与M0SFET101反向并联连接的SiC制的肖特基势垒二极管(SiC-SBD) 102。在图5中示出SiC_SBD102的V-1特性的根据温度而发生的变化。图5示出低温时的V-1特性和高温时的V-1特性。关于针对冲击电流IF的正向电压VF，相对于对低温时的VF1，在高温时增加到VF2 (VF1〈VF2)。这样，SiC_SBD102具有正的温度特性。图6示出使用了多个半导体模块100的变换器的电路。多个半导体模块100与电容器103并联连接。在接通电源时电容器103被充电的过渡状态下，冲击电流在例如在图6中以箭头所示的方向流过。电容器103越是大容量，冲击电流的值越大。若流过大的冲击电流而SiC-SBD102的温度上升，则如图5所示那样VF上升，所以，发生损失IFXVF增大。达到如下的正反馈:若发生损失增大，则温度进一步上升，VF变大，若VF变大，则发生损失进一步增大。在本发明的半导体模块中，为了解决上述问题，具有使用具有正的温度特性的器件作为回流二极管的结构。(B.实施方式I)
<B-1.结构、工作〉
图1是实施方式I的半导体模块10的电路图。半导体模块10具备:SiC制的M0SFET11 ；作为回流二极管而与M0SFET11反向并联连接的Si制的PN 二极管12。在图2中示出PN 二极管12的V-1特性的由于温度而发生的变化。图2示出低温时的V-1特性和高温时的V-1特性。关于针对预定的电流IF的正向电压VF，在低温时是VF1，但是在高温时减少至VF2 (VFDVF2)。这样，Si制的PN 二极管12具有负的温度特性，所以，具有VF伴随着温度上升而下降的特性。因此，在冲击电流等的大电流硫过的情况下，PN 二极管12的温度上升，并且，VF下降，所以，发生损失(IFXVF)被抑制。因此，与使用了具有正的温度特性的SiC制的二极管作为SiC制的M0SFET11的回流二极管的情况相比，能够提高半导体模块10的冲击电流耐受性。〈B-2.变形例 >
此外，作为回流二极管，使用了 Si制的PN 二极管12，但是，如果回流二极管具有负的温度特性，则也可以是其他二极管，例如，也可以是Si制的PiN 二极管。在PiN 二极管中，在PN结之间设置载流子蓄积层，由此，产生电导率调制，与PN 二极管相比，能够进一步降低VF0因此，与使用PN二极管的情况相比，能够进一步提高半导体模块的冲击电流耐受性。此夕卜，能够抑制工作时的发生损失，能够实现低损失。此外，作为开关元件的M0SFET11的材料不限于SiC，也可以是氮化镓类材料或金刚石等其他的宽带隙半导体。〈B-3.效果〉
根据本发明的半导体模块，起到以下的效果。即，本发明的半导体模块10具备由宽带隙半导体构成的M0SFET11 (开关元件)和与开关元件反向并联连接的PN 二极管12 (回流二极管)，回流二极管由硅构成并且具有负的温度特性，所以，针对冲击电流不会达到正反馈，具有闻的耐性。此外，作为回流二极管，使用具有负的温度特性的由硅构成的PN 二极管或PiN 二极管，由此，针对冲击电流不会达到正反馈，具有高的耐性。此外，关于构成M0SFET11的宽带隙半导体，除了 SiC以外，还包括氮化镓类材料或金刚石，所以，在由这些宽带隙半导体构成的开关元件的半导体模块中，能够提高针对冲击电流的耐性。(C.实施方式2)
<c-l.结构、工作〉
图3是实施方式2的半导体模块20的电路图。在半导体模块20中，在电源连接端子间串联连接有两个半导体模块10，并且，对应于三相负载，将它们并联连接三个。这样，在一个封装内汇集多个实施方式I的半导体模块10，由此，能够实现半导体模块的小型化。〈C-2.效果 >
本实施方式的半导体模块在一个封装内具备多对实施方式I的开关元件11和回流二极管12，所以，能够实现半导体模块的小型化。附图标记说明:
10、20、100半导体模块
11、101MOSFET
12、102PN 二极管。
权利要求
1.一种半导体模块，其特征在于，具备:开关元件，由宽带隙半导体构成；以及回流二极管，与所述开关元件反向并联连接，所述回流二极管由硅构成并且具有负的温度特性。
2.如权利要求1所述的半导体模块，其特征在于，所述回流二极管是PN 二极管或PiN 二极管。
3.如权利要求1所述的半导体模块，其特征在于，所述宽带隙半导体包括碳化硅、氮化镓类材料或金刚石。
4.如权利要求1 3的任意一项所述的半导体模块,其特征在于，在一个封装内具备多对所述开关元件和所述回流二极管。
全文摘要
本发明的目的在于提供一种具有高的冲击电流耐受性的半导体模块。本发明的半导体模块(10)具备由宽带隙半导体构成的开关元件(11)和与开关元件(11)反向并联连接的回流二极管(12)，回流二极管(12)由硅构成并且具有负的温度特性。
文档编号H03K17/687GK103178817SQ20121036664
公开日2013年6月26日 申请日期2012年9月28日 优先权日2011年12月22日
发明者米山玲, 冈部浩之, 井上贵公, 酒井伸次 申请人:三菱电机株式会社