半导体模块的制作方法

本发明涉及半导体模块。

背景技术：

以往，一种封装了用于控制开关元件的导通/断开的开关元件及进行该驱动控制的驱动电路的半导体装置(半导体模块)已被普遍认知(例如，参照专利文献1)。

以往的半导体模块中的开关元件控制电路900如图22所示，为了控制开关元件800的导通/断开，其具备控制栅极电压的栅极电压控制部920。

所述开关元件控制电路900通过控制栅极电压就能够对开关元件800的导通/断开进行控制。

【先行技术文献】

【专利文献1】国际公开第2012/153459号

有时即使想要均匀地制造开关元件，也可能会各自产生偏差。有时在进行开关的栅极电压的阈值电压中也可能会分别产生微妙的偏差。

然而，搭载了开关元件的以往的半导体模块并没有考虑到分别对应开关元件的特性偏差来发挥最佳性能。

近年来，能够通过加快开关速度来减小开关损耗的开关元件控制电路已成为了行业需求。而作为一种用于实现上述需要的方法，可以想到的是：通过将稍微超过阈值电压的栅极电压施加于进行导通/断开控制的栅电极来缩短开启(turnon)期以及关断(turnoff)期,从而加快开关速度，并减小开关损耗。

但是，由于开关元件的阈值电压有时会因开关元件的制造误差而发生变动，因此就很难将稍微超过阈值电压的栅极电压施加于开关元件的栅电极。这样一来，由于难以加快开关速度，因此就会存在难以减小开关损耗的问题。

另外，当开关元件的阈值电压在因开关元件的制造误差而朝着更高于设计上的阈值电压的方向变动时，即便是将稍微超过设计上的阈值电压的栅极电压施加于栅电极，开关元件也有可能不会变为导通状态，这样也会出现无法控制开关元件的导通/断开的问题。特别是在诸如氮化镓(gan)等的绝对最大额定电压与阈值电压之间的差是较小的情况下，上述问题就会尤为显著。

另外，在理论上，也可以在编入于开关元件控制电路前对开关元件的阈值电压进行测定，并根据测定后的阈值电压来决定栅极电压。但是，由于一般来说开关元件是被大量生产的，因此如果想要对生产后的开关元件其各自的阈值电压进行测定，就会存在着工作变得非常地繁琐，且难以提高生产性的问题。

因此，本发明为了解决上述问题，目的是提供一种半导体模块，其具备开关元件控制电路，所述开关元件控制电路能够达成：减小开关元件的开关损耗、对开关元件的导通/断开进行适当的控制、提高生产性、小型化中的至少一种。

技术实现要素：

【1】本发明的半导体模块具备：半导体基体；开关元件，其具有第一电极、第二电极、以及栅电极，并通过向所述栅电极施加规定的栅极电压来进行所述第一电极·所述第二电极间的导通/断开；控制电路部，其控制所述栅极电压；以及电流检测元件，其检测流通于所述开关元件的所述第一电极·所述第二电极间的电流，其中，所述开关元件、所述控制电路部、以及所述电流检测元件被搭载于所述半导体基体，并且所述电流检测元件是罗氏(rogowski)线圈。

【2】在本发明的半导体模块中，所述控制电路部被构成为：将测定模式与控制模式切换实施，所述测定模式用于测定将所述开关元件导通/断开的所述栅极电压，所述控制模式用于控制所述开关元件的导通/断开，并且所述控制电路部具有：在所述测定模式中，对所述开关元件的所述第一电极提供电流的阈值电压测定用电源；在所述测定模式中，控制所述栅极电压从而使得所述栅极电压段差变化，并在所述控制模式中，为了控制所述开关元件的导通/断开而对所述栅极电压进行控制的栅极电压控制部；在所述测定模式中，根据通过所述电流检测元件得到的流通于所述第一电极·所述第二电极间的电流的检测结果来判定所述开关元件的导通/断开状态的导通/断开状态判定部；以及在所述测定模式中，对与所述阈值电压相关联的栅极电压关联信息进行存储的存储部，其中，所述栅极电压控制部构成为：在所述控制模式中，当将所述开关元件设为导通状态时，根据存储在所述存储部的所述栅极电压关联信息来控制所述栅极电压。

【3】在本发明的半导体模块中，能够使用氮化镓基半导体基体来作为所述半导体基体。

【4】在本发明的半导体模块中，所述开关元件能够通过将常开的氮化镓半导体开关与常关的半导体开关组合后组成，所述常开的氮化镓半导体开关是以所述氮化镓基半导体基体为材料，所述常关的半导体开关被级联(cascade)连接于所述氮化镓半导体开关且对所述氮化镓半导体开关进行导通/断开。

【5】在本发明的半导体模块中，所述半导体基体为平板状，并且所述开关元件与所述罗氏线圈能够配置为：从垂直方向看，与所述平板不重叠。

【6】在本发明的半导体模块中，所述半导体基体为平板状，并且所述开关元件与所述罗氏线圈能够配置为：从垂直方向看，与所述平板重叠。

【7】本发明的半导体模块是上述的半导体模块，其中，所述半导体基体具备：布线，所述布线处流通着在所述开关元件的所述第一电极·所述第二电极间流通的电流；以及所述布线的周边布线，其中，能够将所述周边布线作为所述罗氏线圈。

发明效果

本发明的半导体模块具备：开关元件；控制电路部，其控制开关元件的栅极电压；以及电流检测元件，其检测流通于所述开关元件的电流。因此，即使开关元件在因制造误差而使栅极电压的阈值各自不同，也能够分别掌握合适的阈值，并且能够分别进行适当的导通/断开控制。

此外，电流检测元件是罗氏线圈，其能够对作为对象的开关元件进行非接触式测定。因此，即使栅极电压的阈值由于细微差异而产生偏差，也能够在不给开关元件带来不良影响的情况下分别高精度地进行测定。

本发明的半导体模块的开关元件、控制电路部、以及电流检测元件被搭载于所述半导体基体。因此，就能够便于将整体作为半导体模块来进行处理。此外，能够通过半导体工艺在半导体基体上制造开关元件或控制电路等元件的至少一部分，并且制造容易小型化。即使是在将罗氏线圈等作为分立的器件的情况下，也能够容易地将其搭载于半导体基体上。

即使是在将半导体模块作为大电流或高电压的开关来进行使用的情况下，也能够通过使用罗氏线圈或在半导体基体上搭载开关元件等来使模块整体大幅度地小型化。

附图说明

图1是展示实施方式涉及的半导体模块1的电路图。

图2是用于说明实施方式涉及的开关元件控制电路100的测定模式的简图。

图3是用于说明实施方式涉及的开关元件控制电路100的控制模式的简图。

图4是将稍微超过阈值电压的栅极电压施加于栅电极时的效果说明图。其中，图4(a)是展示在比较例涉及的开关元件控制电路中对栅电极施加栅极电压时的栅极·源极间电压的时间变化的图表，图4(b)是展示在实施方式涉及的开关元件控制电路100中对栅电极施加稍微超过阈值电压的栅极电压时的栅极·源极间电压的时间变化的图表。图4(c)(d)(e)是施加的栅极电压的说明图。

图5是实施方式中的测定模式的说明图。

图6是变形例中的测定模式的说明图。

图7是栅极电压控制(电路)部20的说明图。

图8(a)是实施方式涉及的罗氏线圈的原理说明图，图8(b)是相同芯片类型的罗氏线圈的说明图。

图9(a)(b)(c)是在实施方式涉及的半导体模块1中使用的半导体基体的说明图。

图10是实施方式涉及的半导体模块1的说明图。

图11是变形例涉及的半导体模块2的说明图。

图12是变形例涉及的半导体模块3的说明图。

图13是变形例涉及的半导体模块4的说明图。

图14是变形例涉及的半导体模块5的开关元件200周边的电路说明图。

图15(a)(b)是变形例涉及的半导体模块6的开关元件200周边的电路说明图。

图16是变形例涉及的半导体模块7的开关元件200周边的电路说明图。

图17是变形例涉及的半导体模块8的说明图。

图18是变形例涉及的半导体模块9的说明图。

图19(a)(b)是变形例涉及的半导体模块10的罗氏线圈500的关联说明图。

图20是展示变形例涉及的半导体模块11的电路图。

图21是变形例涉及的半导体模块11的说明图。

图22是以往例的说明图。

具体实施方式

以下，将根据图示的实施方式来对本发明的半导体模块进行说明。本发明的半导体模块是将至少一个半导体元件与其他的电气元件组合后封装化为一个的半导体模块。也可以包含处理较大电流或电压的功率半导体。另外，各附图仅为简图，并不能严谨地反应出实际的电路构成和图表。

【实施方式】

1.实施方式涉及的半导体模块1的构成

图1是展示实施方式涉及的半导体模块1的电路图。半导体模块1具备：半导体基体1a(未图示)；开关元件200；控制电路部(开关元件控制电路部)100；以及电流检测元件500。控制电路部(开关元件控制电路部)100控制栅极电压，并对开关元件200进行导通/断开控制。电流检测元件500检测流通于开关元件200的第一电极(漏电极d)·第二电极(源电极s)间的电流。开关元件200、控制电路部100以及电流检测元件500被搭载于半导体基体1a。电流检测元件500是罗氏线圈。

实施方式涉及的半导体模块1可以使用由例如高耐热性·高绝缘性的树脂或陶瓷等形成的封装件来覆盖。在实施方式涉及的半导体模块1中，设置有：输入直流电源电压vdd的(+)侧输入端子t1；接地侧的(-)侧输入端子t2；(+)侧输出端子t3；接地侧的(-)侧输出端子t4；以及输入模式指令信号(模式指令用驱动信号，例如模式指令用栅极脉冲)pg的控制端子t5。

在(+)侧输入端子t1与(-)侧输入端子t2之间，连接有用于施加电源电压vdd的栅极驱动用电源300。栅极驱动用电源300经由栅极电压控制部20来对开关元件200的栅电极g施加规定的电压。在(+)侧输出端子t3及(-)侧输出端子t4中连接有负载电路400。负载电路400例如具有负载电阻410以及直流负载电源(负载驱动用电源)420，其都被串联在(+)侧输出端子t3与(-)侧输出端子t4之间。此外，(-)侧输出端子t4被接地。

开关元件200是mosfet(metal-oxide-semiconductorfield-effecttransistor,金属氧化物半导体场效应晶体管)，其具有：漏电极d(第一电极)；源电极s(第二电极)；以及栅电极g。当在栅电极g施加超过阈值电压(实际的阈值电压vth)的栅极电压时，开关元件200成为导通状态，当栅极电压低于阈值电压时，开关元件200成为断开状态。使用从电源电压vdd生成的栅极电压并通过后述的栅极电压控制部20来控制栅极电压。作为开关元件200，能够使用半导体开关、光耦合器等合适的开关元件。此外，在实施方式中，开关元件200是mosfet。开关元件200通过包含gan(氮化镓)的材料来形成。

开关元件200的漏电极d(第一电极)经由(+)侧输出端子t3来与负载电路400相连接，并且，经由后述的开关元件swm1来与后述的阈值电压测定用电源10v相连接。开关元件200的栅电极g与栅极电压控制部20相连接。开关元件200的源电极s(第二电极)与电流检测部50相连接，并经由电阻来与(-)侧输出端子t4相连接。

实施方式涉及的开关元件控制电路100具备：阈值电压测定用电源10v；开关元件swm1；栅极电压控制部20；导通/断开状态判定部30；存储部40；以及电流检测部50。

并且，半导体模块1(开关元件控制电路100)具备：测定模式，其用于测定开关元件200的栅极电压的阈值；以及控制模式，其使用通过测定模式所得到的阈值来控制开关元件200的开关且驱动负载400，所述半导体模块1(开关元件控制电路100)构成为:能够将测定模式与控制模式切换实施。

阈值电压测定用电源10v是为了在测定模式中测定开关元件200的阈值而使用的电源。

栅极电压控制部20是对施加于开关元件200的栅电极g中的栅极电压进行控制的电路。

在测定模式中，栅极电压控制部20在通过后述的导通/断开状态判定部30来判定开关元件200处于断开状态后，控制栅极电压使其升高一个阶段(参照图5。图5中的id展示了流通于第一电极d·第二电极s间的电流(开关电流)。在导通时急剧增加，断开时急剧减少。图6也相同)。另外，栅极电压控制部20在通过后述的导通/断开状态判定部30来判定开关元件200处于导通状态后，将施加于栅电极的栅极电压vgs作为阈值电压发送至存储部40。

在测定模式中，电流检测部50检测开关元件200的开关电流id，并将检测结果发送至导通/断开状态判定部30。在实施方式中，使用罗氏线圈来作为电流检测元件500。

在测定模式中，导通/断开状态判定部30根据从电流检测部50接收到的检测结果来判定开关元件200的导通/断开状态。

在测定模式中，存储部40也可以在通过导通/断开状态判定部30来判定开关元件200处于导通状态后，将施加于栅电极g的栅极电压作为与开关元件200的阈值电压相关联的栅极电压关联信息来进行存储。作为栅极电压关联信息，其为：例如，开关元件200处于导通状态的最低栅极电压(值)本身；对处于导通的最低栅极电压添加一定量的电压之后的电压(值)；相对于最低栅极电压的规定倍数的电压(值)(例如，105％、110％、115％··)等。此外，栅极电压关联信息也可以是将各种值的电压(值)表分开存储，并展示其中的哪个电压(值)的表中的电压位置信息。

栅极电压控制部20经由(+)侧输入端子t1来与栅极驱动用电源300相连接，并且与控制端子t5相连接。此外，栅极电压控制部20与存储部40相连接。导通/断开状态判定部30分别与栅极电压控制部20、存储部40及电流检测部50相连接。

栅极驱动用电源300(vdd)也可以兼用于开关元件控制电路100的电源。

负载电源(负载驱动用电源)420也能够将栅极驱动用电源兼用于栅极驱动用电源300(vdd)。这样一来，就可以无需将栅极驱动用电源与栅极驱动用电源300(vdd)分开准备。

在负载电源420的电压高于栅极驱动用电源300(vdd)的情况下，虽然可以从负载电源420产生栅极驱动用电源300(vdd)，但也可以将两者作为分开的电源。在负载电源420的电压高于栅极驱动用电源300(vdd)的情况下，虽然在开关元件200中施加有较大的电压或流通有较大的电流，但是可以在使用低电压电源(栅极驱动用电源300)后通过栅极电压来对开关元件200进行导通/断开控制。

为了对开关元件200的阈值进行精密地测定，阈值电压测定用电源10v可以与栅极驱动用电源300是分开的电源。例如，为了在开关元件200处于导通时即使流通有较大的电流也能够精密地测定阈值，就要将电源设为能够对阈值电压测定用电源10v提供较大的电流。而在无需如此的情况下，则可以将栅极驱动用电源300作为阈值电压测定用电源来使用。

此外，能够省略开关元件swm2。例如，在连接于半导体模块1之前，在未连接负载电路400而测定开关元件200的阈值电压的情况下，就能够省略开关元件swm2。具体来说，在不设置swm2并且未将负载400连接于半导体模块1的状态下使开关元件swm1导通，并从栅极电压控制电路部20向开关元件200的栅电极g施加栅极电压后使开关元件200导通/断开，使用电流检测元件500来测定开关元件200的阈值(最小导通电压)。随后，将负载电路400连接于半导体模块1，并根据阈值测定结果来进行开关元件200的导通/断开控制。

2.实施方式的半导体模块的运作

实施方式的半导体模块1能够具有测定模式与控制模式。

(1)测定模式与控制模式

实施方式的半导体模块1(开关元件控制电路100)具有测定模式与控制模式，所述测定模式在与负载电路400分开后测定开关元件200的阈值电压，所述控制模式在连接负载电路400后使用通过测定模式所测定的阈值电压来对开关元件进行导通/断开。

(1)－1测定模式

图2是用于说明实施方式涉及的开关元件控制电路100的测定模式的简图。

测定模式是对连接于开关元件控制电路100的开关元件200的阈值电压进行测定的模式。

在测定模式中，在不从负载电源(负载驱动用电源)420供电的状态下测定开关元件200的阈值电压。在图1中，将设置于作为测定对象的开关元件200与阈值电压测定用电源10v之间的开关元件swm1导通，将设置于开关元件200与负载电源420之间的开关元件swm2断开。并且，从阈值电压测定用电源10v向开关元件200的漏电极d(第一电极)提供阈值电压测定用电流。

在测定模式中，栅极电压控制部20使栅极电压阶段性地变化。例如，控制栅极电压从而使其随着时间的流逝而阶段性地升高(参照图5)。具体来说，如下述般来控制栅极电压。

首先，栅极电压控制部20控制栅极电压，使得比设想的阈值电压更低的电压施加于栅电极g。这时，接收使用罗氏线圈的电流检测元件500的信号，并且通过电流检测部50没有检测到流通于第一电极d·第二电极s间的电流(开关电流)(开关电流的值为0)。因此，导通/断开状态判定部30判定开关元件200是处于断开状态。如果通过导通/断开状态判定部30判定开关元件200是处于断开状态，那么栅极电压控制部20就会控制栅极电压使其升高一个阶段(参照图5)。在重复该过程后将栅极电压逐渐升高，并在通过电流检测部50检测出开关电流时(开关电流的值不为0时)，导通/断开状态判定部30判定开关元件200是处于导通状态。如果通过导通/断开状态判定部30判定开关元件200是处于导通状态，那么栅极电压控制部20就会将施加于栅电极的栅极电压vgs作为阈值电压发送至存储部40。并且，在存储部40中，当检测出开关电流时，将施加于栅电极的栅极电压vgs作为阈值电压，并存储与该电压相关联的信息。

虽然在图5中的栅极电压是逐渐升高，但是栅极电压也可以是从较高的状态逐渐降低。这时，在栅极电压处于较高的状态下，开关元件200为导通(被判定)。在将栅极电压逐渐降低后如果开关元件200被判定为断开，那么栅极电压处于导通的最低电压就会被设为阈值。

此外，栅极电压的变化不是最小阶段的变化(一段跳跃)，而是可以诸如其两倍的两段跳跃变化或其三倍的三段跳跃变化般的较大变化。

在将阶段性的电压从较低的一方开始设为g1、g2、··g10的情况下，也可以是按照：在通过施加电压g1进行导通判定后、通过施加电压g2进行断开判定、通过施加电压g4进行断开判定、通过施加电压g6进行导通判定、通过施加电压g5进行导通判定的方式，在最初粗略地进行导通/断开判定后逐渐提升精度并缩小范围来求得开关元件200处于导通的最小电压。

(1)－2控制模式

图3是用于说明实施方式涉及的开关元件控制电路100的控制模式的简图。

在控制模式中，通过断开开关元件swm1(参照图1)(导通开关元件swm2)来停止从阈值电压测定用电源10v至开关元件200的阈值电压测定用电流的供给。并且，在连接负载电阻410及负载电源(负载驱动用电源)420的状态下，通过来自于控制端子t5的模式指令信号(模式指令用驱动信号，例如栅极脉冲)pg来控制开关元件200的导通/断开。在控制模式中，根据在测定模式中得到的与栅极电压的阈值相关的栅极电压关联信息来控制施加于栅电极g的栅极电压，并进行开关元件200的导通/断开。在控制模式中，在将开关元件200设为导通状态时，栅极电压控制部20根据存储于存储部40的栅极电压关联信息，将稍微超过阈值电压的栅极电压施加于栅电极(参照图4(b))。在将开关元件200设为断开状态时，施加于栅电极的栅极电压被设为低于阈值电压vth。在直接存储通过测定模式所得到的阈值时，虽然也可以将该阈值直接施加于栅电极，但是为了更准确地使其导通，施加高于该阈值的电压。在存储于存储部40时，只要先记忆高于测定的最低电压(阈值)的电压，并施加该电压即可。

此外，图3中的pg为模式指令信号(在图2中省略)。

(2)栅极电压的控制

使用图4来对在控制模式中施加于开关元件200的栅电极g的栅极施加电压进行说明。

图4(a)是比较例说明图。图4(a)展示了将远超于阈值的栅极电压施加于栅电极g时的栅极·源极间电压的时间变化。图4(a)与作为实施方式的图表的图4(b)相比较，由于施加有远超于阈值的过大的电压，因此，图4(a)与图4(b)相比较就会消耗较大的电力。此外，图4(a)中的开关元件200从断开至导通的开启时间及从导通至断开的关断时间比图4(b)长。

图4(b)是展示在对栅电极施加稍微超过阈值电压的栅极电压时的栅极·源极间电压的时间变化的图表。相对于图4(a)的比较例，图4(b)在导通时消耗的电力较少。图4(b)中的开关元件200从断开至导通的开启时间及从导通至断开的关断时间比图4(a)短，其能够进行高速的开关。

在图4(b)中，当开关元件200开启时，使栅极电压线性增加。使栅极电压增加，并且即使在阈值附近经过了一定时间也要在阈值附近稍作停留，之后再次增加至稍微超过阈值。当开关元件200关断时，使栅极电压线性减少。使栅极电压减少，并且即使在阈值附近经过了一定时间也要在阈值附近稍作停留，之后再次减少至低于阈值。

图4(c)～(e)是施加栅极电压时的其他实施方式。

在图4(c)中，当开启时，栅极电压被瞬间增加至瞬间稍微超过阈值。当关断时，将栅极电压瞬间减少至瞬间低于阈值。在使栅极电压这样变化后，也可以进行开启、关断。

图4(d)是在将横向方向取为时间轴，将纵向方向取为栅极电压时，栅极电压在开启及关断时是呈上凸形的波形。在开关元件200中，由于在漏电极d、源电极s、栅电极g间容易产生杂散电容等，因此，如果设为这种波形，开关元件200的制造就会变得容易，并且也容易产生控制波形。这是由于难以制造几乎没有杂散电容的开关元件200等原因。

图4(e)是将图4(d)进一步变形后的波形。在将横向方向取为时间轴，将纵向方向取为栅极电压后，使上凸形的栅极电压在开启时从低于阈值的电压增加至阈值附近。即使在阈值附近经过了一定时间也要在阈值附近稍作停留，之后再次增加至稍微超过阈值。使凸形的栅极电压在关断时从高于阈值的电压减少至阈值附近。即使在阈值附近经过了一定时间也要在阈值附近稍作停留，之后再次减少至低于阈值。由于在开关元件200中容易产生杂散电容等，因此，如果设为这种波形，开关元件200的制造就会变得容易，并且也容易产生控制波形。

(3)具有测定模式的优点

实施方式涉及的半导体模块1通过具有测定模式，就具有下述的至少一个优点。

虽然搭载于半导体模块1的开关元件200有时会因制造误差等导致栅极电压的阈值偏离设计上的阈值，但即使是在这种情况下也能够将开关元件200准确地导通/断开。

如果对栅电极g施加远超于阈值的电压，导通/断开则有时会消耗超过所需的过多电力，而如果使用稍微超过阈值的栅极施加电压来进行导通，则会减少不必要的消耗电力。

相比于将大大超过阈值电压的栅极电压施加于开关元件的栅电极的情况(参照用于说明比较例的图4(a))，由于能够缩短开启期以及关断期，因此，就能够加快开关元件的开关速度。

(4)栅极电压控制电路部20

使用栅极电压控制(电路)部20来对栅极电压的控制进行详细说明。

图7是栅极电压控制电路部20的说明图。图7展示了栅极电压控制电路部20的具体构成例。图中被虚线包围的部分是栅极电压控制电路部20。栅极电压控制电路部20具有模式切换部201。在栅极驱动用电源300(电源电压vdd)与接地线之间由多个电阻r11、r12、r13···形成多个电位(电压)。根据模式，在任意选择该多个电位(电压)后将其作为栅极电压来施加于栅电极g。

用于指示测定模式的模式指令信号pg如果进入半导体模块1(模式切换部201)，半导体模块1就会成为测定模式。模式切换部201使设置于阈值电压测定用电源10v与作为阈值测定对象的开关元件200之间的开关元件swm1导通，使负载400与开关元件200间的开关元件swm2断开。模式切换部201通过使sw11、sw12、sw13···导通/断开来产生图4所示的栅极电压并施加于开关元件200的栅极电压。

例如，使sw11导通，并使其他的开关元件sw12、sw13、··断开。将该状态下的测定电压施加于栅电极g。断开开关元件200使电流不流通于漏电极d·源电极s间(第一电极·第二电极间)。

随后，使sw12导通，并使其他的开关元件sw11、sw13、··断开。在栅电极g施加高于上述的电压。导通开关元件200，并使电流流通于漏电极d·源电极s间(第一电极·第二电极间)。然后，利用开关控制电路部100的电流检测部500来进行电流的检测，并且利用导通/断开状态判定部30来判定开关元件200的导通/断开。

处于导通状态的最低电压将sw12导通，并将其他的开关元件sw11、sw13、··断开。该电压被作为阈值电压存储于存储部40。

用于指示控制模式的模式指令信号pg如果进入半导体模块1(模式切换部201)，半导体模块1就会成为控制模式。在控制模式中，使用稍微高于在测定模式中被测定且存储后的使开关元件200导通的最低栅极电压(将sw12导通，并将其他的开关元件sw11、sw13、··断开时的电压)的电压来使开关元件200导通。在该例中，虽然是使用r11、r12、r13··来进行分压，但是在将多个电阻串联连接后与r11、r12、r13··并联连接的电路中，能够通过从串联连接后的部分处取出电压等方法将规定的电压施加于栅电极g。

(5)罗氏线圈

图8(a)是使用了实施方式的罗氏线圈(电流检测元件)500的电流测定的原理说明图。如果在流通电流current的导线wire(导体)的周边设置空芯线圈500，就会在线圈的两端诱发与电流对应的电压。由于该电压成为电流的微分波形，因此，将其通过积分器就能够再现电流波形。所以，如果以积分器来构成电流检测部50，就能够进行电流检测。能够对导线wire进行非接触式测定。

导通/断开判定部30通过由比较器构成，就能够进行导通/断开判定，所述比较器对通过积分器构成的电流检测部50所再现的电流波形的高度进行比较。存储部40可以由存储导通/断开的栅极电压的寄存器，动态存储器，静态存储器等构成。也可以由内置处理部或存储器等的处理器构成。

图8(b)是在实施方式中使用的芯片型罗氏线圈500a的说明图。在环氧树脂等芯片基体500a－1内埋入流通电流current的导线wire。在导线wire的周围配置有空芯(磁性空芯)线圈500。500－1、500－2是从罗氏线圈500的两端引出的罗氏线圈端子。w101、w102是导线wire的端子。

罗氏线圈500也可以在卷绕方向上卷绕一对线圈，使得与返回绕组成对(在下述的图19中也相同)。

(6)半导体基体

图9(a)、(b)、(c)展示了在实施方式中使用的半导体基体1a的示例。图9(a)、(b)、(c)均展示了半导体基体1a的截面。

图9(a)中的半导体基体1a是将硅作为主体的半导体基体。半导体基体1a是mos型fet，在其表面或内部形成有电路。漏电极d、源电极s、栅电极g被二氧化硅绝缘层ins隔开。由漏电极d、源电极s、栅电极g等构成的电路是沿着半导体基体1a的一个面的表面形成的所谓的横型fet。

图9(b)是所谓的纵型fet，其中的源电极s与栅电极g形成于半导体基体1a的一侧，漏电极d形成于另一侧。但是，另一侧的漏电极d通过通孔th与源电极s与栅电极g所在侧的铝布线a1电连接。虽然基本上是纵型fet，但是其整体上也可以说是横型的构造。此外，源电极s被二氧化硅绝缘层ins隔开。

图9(c)是使用gan基半导体基体来作为半导体基体1a的示例。在硅基体(基板)si上(在图中的上侧)设置有缓冲层buffer层，并且在缓冲层buffer层上形成有氮化镓层gan。在氮化镓层gan上形成有氮化铝镓层algan(alminiumgalliumnitride)层。在氮化铝镓层algan(alminiumgalliumnitride)层上形成有源电极s、漏电极d、栅电极g。在这些电极间形成有绝缘层ins。此外，在gan层的上部分布着二维电子气2deg(twodimentionalelectrongas)。半导体基体1a其整体为氮化镓(gan)基半导体基体。

如果使用氮化镓基半导体基体来作为半导体基体1a，那么当在半导体基体1a上通过半导体工艺来制作开关元件等时，就能够容易地赋予高绝缘耐压、低导通电阻特性、高速开关性等。其也适用于进行大电流或高电压开关的半导体控制用功率模块。

(7)半导体模块

半导体模块是指：通过封装化等将多个半导体元件形成为一个的模块。其是将至少一个分立的电子元件(例如，功率晶体管、二极管、线圈等)及其半导体控制电路等搭载于电路基板上，并将多个电子元件一体化。例如，是将电力用晶体管或半导体电路等一体化的功率模块。通过组合分立的电子元件或半导体电路来一体化，就会有如下等优点：例如，消除了用户准备多个分立的部件并要将其连接的工作、减轻了将多个分立的部件最佳组合的电路设计的负担、减少当一个分立的部件产生故障并因此可能对其他分立的部件也造成损伤等影响时的修理交换工作。

图10是实施方式涉及的半导体模块的说明图。

半导体模块1在半导体基体1a上搭载：作为开关元件200的开关芯片200a；对开关元件200进行控制的开关元件控制电路100；作为电流检测元件500的芯片型罗氏线圈500a。

控制电路100在半导体基体1a上被直接电路形成。如果将半导体基体1a设为硅基板，就会易于进行控制电路100的电路形成。

t1是形成在半导体基体1a上的(+)侧输入端子，t2是(-)侧输入端子，t3是(+)侧输出端子，t4是(-)侧输出端子，t5是控制端子。通过在半导体基体1a上进行铝、铜等的布线，或者在它们之上进一步进行镀金、镀银等来形成所述的这些端子。

开关元件200是作为分立的开关芯片200a。将开关元件200作为分立的开关芯片200a的理由是：当在开关元件200流通有较大电流或施加有较大电压的情况下，为了能够承受这些较大电流或较大电压，与控制电路100分开制作较为容易，并且也易于提升半导体模块1整体的成品率。此外，有时也将漏电极d或源电极s设为比构成控制电路100的电路元件的漏电极或源电极等大。如果将开关芯片200a作为氮化镓基(gan基)半导体基体，则能够易于制作承受较大电流或较大电压的元件。如果在半导体基体1a上使用硅基板来形成控制电路100，并通过氮化镓基半导体来制作开关元件200，就能够容易地将复杂的电路以硅来高集成度地形成，并且易于将开关元件200设为承受大电流或大电压的结构。

例如，使用图8(b)中记载的芯片型罗氏线圈500a来作为电流检测元件。

在半导体基体1a上形成有控制电路100，并且铝或铜等的布线从控制电路100形成于半导体基体1a上。控制电路100与开关芯片200a通过接合线bw来电连接。控制电路100与芯片型罗氏线圈500a也是通过接合线bw来电连接。开关芯片200a与芯片型罗氏线圈500a也是通过接合线bw来相连接。但是，也可以通过接合线将半导体基体1a上的布线与开关芯片200a、半导体基体1a上的布线与芯片型罗氏线圈500a连结，并间接地使开关芯片200a与芯片型罗氏线圈500a电连接。

也可以使用柔性基板或导电性粘合剂来代替接合线bw。还可以在开关芯片200a或芯片型罗氏线圈500a的端子上形成金、银等凸块，并对半导体基体1a上的端子与凸块进行加热从而使凸块焊接到端子上。

3.变形例

以下，将对实施方式的变形例进行说明。在附图中，具有相同符号的部分在说明书中具有相同的含义。省略说明过的部分。

【变形例1】

图11中所示的半导体模块2在半导体基体1a上形成控制电路100。开关芯片200a是形成有漏电极d、源电极s(虚线所示)、栅电极g的氮化镓基半导体基板。平板状的氮化镓基半导体基板的开关芯片200a被重叠搭载于平板状的半导体基体1a上。此外，芯片型罗氏线圈500a按照从垂直方向上看与平板状的半导体基体1a(开关芯片200a)重叠的方式搭载于开关芯片200a上。其被接合线bw等电连接。

通过上述方式，由于控制电路100远离开关芯片200a与芯片型罗氏线圈500a，因此，即使在开关芯片200a与芯片型罗氏线圈500a中流通大电流或施加大电压并将开关芯片200a与芯片型罗氏线圈500a导通/断开，也能够降低由此对控制电路100所造成的影响。

此外，能够减少平板状的半导体基体1a在平板方向上的大小，并将半导体模块1小型化。

【变形例2】

在图12所示的半导体模块3中，将开关芯片200b与芯片型罗氏线圈500搭载于半导体基体1a上。在开关芯片200b上，具有漏电极d、源电极s、栅电极的开关元件与控制电路100被形成在硅基、氮化镓基等的半导体基板上。开关芯片200b直接或经由半导体基体1a上的布线间接地通过接合线bw等来与芯片型罗氏线圈500a电连接。

通过上述方式，只要将开关元件200与控制电路100制作在同一基板上，就能够易于制造。

【变形例3】

图13所示的半导体模块4在半导体基体1a上形成控制电路100与开关元件200。搭载芯片型罗氏线圈500a使其从垂直方向上看与平板状的半导体基体1a(开关芯片200a)重叠。通过接合线bw等来将其连接。

通过上述方式，就能够将开关元件200与控制电路100容易地形成在同一基体1a上。此外，由于控制电路100远离开关芯片200a与芯片型罗氏线圈500a，因此，就能够降低开关芯片200a与芯片型罗氏线圈500a中流通大电流或大电压的导通/断开对控制电路100所造成的影响。

此外，能够减少平板状的半导体基体1a在平板方向上的大小，并将半导体模块1小型化。

【变形例4】

图14展示了搭载于半导体模块5的开关元件200的变形例(将开关元件200变形后的半导体模块5的说明图)。图14所示的开关元件200是常关(通常状态下为断开)的开关元件200。例如，可以用氮化镓tet制作。芯片型罗氏线圈500通过接合线bw等来与半导体模块5中的其他电路元件电连接。常关的tet开关元件200的漏电极d·源电极s间在通常状态下处于断开状态，而如果导通信号进入栅电极g，漏电极d·源电极s间则成为导通状态。

通过上述方式能够容易地抑制电力的消耗。此外，当在开关元件流通大电流或施加大电压时，由于其通常状态下是处于断开状态，因此，就不易产生因错误地流通大电流而引起事故或损伤负载电路这种问题。

【变形例5】

图15(a)(b)展示了搭载于半导体模块6的开关元件200的其他变形例(将开关元件200变形后的半导体模块6的说明图)。

在图15(a)所示的开关元件200中，是将：在未对栅电极g1施加特别电压的通常状态下，漏电极d1·源电极s1间处于导通(常开)的fet开关元件(半导体开关)200p1、与在未对栅电极g2施加特别电压的通常状态下，漏电极d2·源电极s2间处于断开(常关)的fet开关元件(半导体开关)200p2进行组合后来作为开关元件200。常开的开关元件200p1能够通过例如氮化镓基半导体来进行制作。常关的开关元件p2能够通过例如使用了硅基或氮化镓基半导体的低耐压半导体来进行制作。

在使用氮化镓基半导体的情况下，常开的开关元件(半导体开关)200p1能够较为容易地制作。此外，使用低耐压半导体也能够相对容易地实现常开和常关。

即使将开关元件200p1与200p2组合，并将开关元件200p1设为常开，也能够通过与常关的开关元件200p2之间的组合，将组合开关元件200p1与200p2后的开关元件200p设为常关。此外，由于能够通过使用低耐压半导体所制作的开关元件200p2来控制开关元件200p1，因此，就能够将开关元件200p1作为流通大电流或施加大电压的开关元件来进行使用。

图15(b)是构成(a)所示的电路时的半导体构成例。

在使用了氮化镓基半导体的半导体基体1a上，制作具有漏电极d1、源电极s1、栅电极g1的开关元件200p1。200p1是氮化镓基半导体芯片。在200p1上搭载作为低耐压硅基半导体芯片的开关元件200p2(具有漏电极d2、源电极s2、栅电极g2)。两者将200p2面朝下接合后，通过焊接、压接、导电树脂等进行凸点连接、引线接合、使用柔性基板连接等方式来电连接。

【变形例6】

图16所示的半导体模块7展示了将图15(a)(b)中的常开的开关元件200p1与常关的低耐压开关元件200p2搭载于半导体基体1a上的搭载例。

在硅基半导体等的半导体基体1a上形成有控制电路100。开关元件200a将形成了常开的开关元件200p1的氮化镓基半导体基板(芯片)作为基体，并在其上方搭载形成了常关的低耐压开关元件200p2的硅基基板(芯片)。开关元件200p2搭载于200p1上使其从垂直方向看与平板状的半导体基体1a的平板延长方向重叠。开关元件200p1与200p2通过200p2相对于200p1所进行的面朝下接合、引线接合等方式来电连接。

在半导体基体1a上也搭载有芯片型罗氏线圈500a。

半导体基体1a上的控制电路100、半导体开关200(半导体开关200p1、200p2)、芯片型罗氏线圈500a通过引线接合wb、面朝下接合、导电性粘合剂、柔性基板等f来相互电连接。

通过上述方式，由于能够将对大电流或高电压具有耐性的开关元件200p1与易于制造的低耐压的开关元件200p2一体化，因此，就能够易于制造半导体模块1。此外，能够发挥使用图15(a)(b)说明的变形例的优点。

【变形例7】

图17是图15(a)所示的开关元件200的变形例(将开关元件200变形后的半导体模块8的说明图)。在图15(a)中，构成开关元件200的半导体开关200p1、200p2被连接于芯片型罗氏线圈500a的一侧。与此相对地在图17中，连接半导体开关200p1与200p2使得200p1与200p2夹住芯片型罗氏线圈500a。200p1与200p2不一定要靠近设置。

通过图17所示的设置，就能够使半导体开关200p1与200p2的配置具有灵活性。

当根据图17的电路结构来构成半导体模块1时，就能够与图16同样地构成半导体模块1。

【变形例8】

图18所示的半导体模块9将常开氮化镓半导体开关(开关元件)200p1与常关低耐压半导体开关(开关元件)200p2相对于平板状的半导体基体1a，并在叠层于平板面的半导体开关200p1上将半导体开关200p2搭载为呈叠层状。进一步在半导体开关200p2上将芯片型罗氏线圈500a搭载为叠层状。

通过上述方式，由于半导体开关200p1、200p2、芯片型罗氏线圈500a与控制电路100分开并构成为叠层状，因此，即使流通于开关元件(开关芯片)200a的电流变大，也能够降低对于控制电路100的影响，并且能够使半导体模块1小型化。

【变形例9】

图19(a)(b)是变形例涉及的半导体基体模块10的说明图。半导体基体1a组装有罗氏线圈500。(a)是组装了罗氏线圈500的半导体基体1a部位的透视图。(b)是(a)的截面图(将附图中记载有符号a的部分上下剖切后的截面从a方向观看的截面图)。

在半导体基体1a上表面1a200上通过蚀刻导体、喷墨喷射导电性物质等来形成铝或铜等的导线(布线)wire500－1。将其上方以绝缘膜ins200来覆盖。在绝缘膜ins200上(在面1a300上)通过蚀刻、喷墨喷射导电物质等来形成作为铝、铜等布线的导线wire100。将其上方以绝缘膜ins300来覆盖。导线wire100是布线，其流通有流通于开关元件200的漏电极d·源电极s间的电流。在其上方(在面1a100上)通过蚀刻导体、喷墨喷射导电性物质等来形成铝或铜等的导线wire500－2。面1a100上的导线(布线)wire500－2与面1a200上的导线(布线)wire500－1通过导电性通孔th100来电连接。罗氏线圈500通过导线(布线)wire500－1、导线(布线)wire500－2、导电性通孔th100来形成。旋转罗氏线圈500来将其配置于导线wire100的周围。罗氏线圈500是环绕布线，其被形成为在与导线wire100交叉的方向上将导线wire100螺旋状地环绕。

通过上述方式，就能够使用半导体工艺在半导体基体1a上容易地形成环绕布线(具有wire500－1、wire500－2、th100的布线500)，所述环绕布线被形成为：将流通有流通于开关元件200的漏电极d·源电极s间的电流的布线(导线wire100)、与经由该布线(导线wire100)和绝缘体层(ins200、ins300)而流通有电流的布线(导线wire100)夹住后环绕。通过将环绕布线设为罗氏线圈500，也能够形成更小型的半导体模块1。

也可以将图19(a)(b)图示的半导体基体1a部分作为与其他电路分体的芯片型罗氏线圈500a。使用该芯片型罗氏线圈500a也可以构成半导体模块1。

【变形例10】

在变形例10中，半导体基体1a不是半导体，而是环氧树脂、玻璃环氧树脂等绝缘体材料，其他则与变形例9以同样的方式来构成半导体模块。

此外，也可以同样的方式来制作芯片型罗氏线圈500a，并使用该芯片型罗氏线圈500a来构成半导体模块。

至此，虽然说明了将作为电流检测元件500的罗氏线圈的设置位置设在第二电极(源电极)s侧，但是其也可以设在第一电极(漏电极)d侧。以下，将以具体示例来进行说明。

【变形例11】

图20、图21是变形例涉及的半导体基体模块11的说明图。其为将实施方式涉及的半导体模块1变形后的半导体模块11。作为半导体基体模块11的电路图的图20对应作为半导体基体模块1的电路图的图1，并且作为半导体模块11的说明图的图21对应作为半导体基体模块1的说明图的图10。

在变形例11中，如图20、图21所示，将电流检测元件(罗氏线圈)500设置于第一电极(漏电极)d侧。具体来说，检测流通于第一电极(漏电极)d·端子t3间的布线的开关电流。如图21所示，使用芯片型罗氏线圈500a来作为电流检测元件，并将其配置于第一电极(漏电极)d侧。

由于其他的说明与实施方式中的说明相同，因此省略。

以下的变形例将省略附图来进行说明。

【变形例12】

虽然图11所示的变形例1的半导体模块2被配置为使得芯片型罗氏线圈500a与第二电极(源电极)s重叠，但是，其也可以是配置为将芯片型罗氏线圈500a与第一电极(漏电极)d重叠的半导体模块(省略附图)。

【变形例13】

虽然图12所示的变形例2中的半导体模块3是将芯片型罗氏线圈500a设置于第二电极(源电极)s侧，但是，其也可以是作为与图20、图21相同的将芯片型罗氏线圈500a设置于第一电极(漏电极)d侧的半导体模块(省略附图)。

【变形例14】

虽然图13所示的变形例3中的半导体模块4是被配置为使得芯片型罗氏线圈500a与第二电极(源电极)s重叠，但是，其也可以是配置为将芯片型罗氏线圈500a与第一电极(漏电极)d重叠的半导体模块(省略附图)。

【变形例15】

图14所示的变形例4中的半导体模块5配置有电流检测元件500，从而检测第二电极(源电极)s·端子t4间的开关电流。其也可以是作为将电流检测元件500设置于开关元件200·端子t3间，并检测第一电极(漏电极)d·端子t3间的开关电流的半导体模块(省略附图)。

【变形例16】

虽然在图15(a)(b)所示的变形例5的半导体模块6中，芯片型罗氏线圈500a被配置于开关元件200p2的第二电极(源电极)s2·端子t4间的布线部，但是，也可以是将芯片型罗氏线圈500a配置于开关元件200p1的第一电极(漏电极)d1·端子t3间的布线部，并检测流通于第一电极(漏电极)d1·端子t3间的开关电流。

【变形例17】

虽然在图16所示的变形例6的半导体模块7中，芯片型罗氏线圈500a被设置于第二电极(源电极)s侧，但是，其也可以是与图20、图21同样地将芯片型罗氏线圈500a设置于第一电极(漏电极)d侧的半导体模块(省略附图)。

【变形例18】

虽然图18所示的变形例8中的半导体模块9是将芯片型罗氏线圈500a配置为与第二电极(源电极)s重叠，但是，其也可以是将芯片型罗氏线圈500a配置为与第一电极(漏电极)d重叠的半导体模块(省略附图)。

符号说明

1、2、3、4、5、6、7、8、9、10、11…半导体模块；1a…半导体基体；10v…阈值电压测定用电源；12…阈值电压测定用开关；20、920…栅极电压控制(电路)部；30…导通/断开状态判定部；40…存储部；50…电流检测部；100、900…开关元件控制电路；200、800…开关元件；200a、200b…开关芯片；201…模式切换部；200p1…常开的氮化镓半导体开关；200p2…常关的低耐压半导体开关；300…栅极驱动用电源；400…负载电路；410…负载电阻；420…负载电源；500…电流检测元件；500a…芯片型罗氏线圈；500a―1…芯片基体；500―1、500―2…罗氏线圈端子；t1…(+)侧输入端子；t2…(-)侧输入端子；t3…(+)侧输出端子；t4…(-)侧输出端子；t5…控制端子；vdd…电源电压；vth…阈值电压；r11、r12、r13…电阻；swm1、swm2、swm11、swm12、swm13…开关元件；wire、wire100…导线(布线)；w101、w102…端子；d…第一电极(漏电极)；s…第二电极(源电极)；g…栅电极；ins、ins200、ins300…绝缘层；th、th100…通孔；bw…接合线；1a100、1a200、1a300…面；pg…模式指令信号；wire500―1、wire500―2…构成罗氏线圈的导线；si…硅基体(基板)；id…开关电流。