(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
少なくとも１つのセル領域（３、８、９）に配置されている多数の互いに並列に接続されているトランジスタセル（２）を有する半導体基体（１）を備え、この半導体基体に集積され半導体基体上の互いに異なる個所に配置されている少なくとも２つの温度センサ（４、５）を有することを特徴とする電界効果により制御可能な電力用半導体デバイス。
【請求項２】
トランジスタセル（２）が半導体基体（１）上の少なくとも２つの互いに間隔をおいたセル領域（８、９）に配置されており、また各セル領域が温度センサ（１０、１１）を含んでいることを特徴とする請求項１記載の電力用半導体デバイス。
【請求項３】
温度センサ（１０、１１）がセル領域（８、９）の最高の温度が予想される個所に配置されていることを特徴とする請求項２記載の電力用半導体デバイス。
【請求項４】
セル領域が半導体基体の厚みと等しいオーダーの相互間隔を有することを特徴とする請求項２または３記載の電力用半導体デバイス。
【請求項５】
セル領域が各１つの縁構造（７、１２）により囲まれていることを特徴とする請求項４記載の電力用半導体デバイス。
【請求項６】
半導体デバイスに対する制御電圧を供給し、また温度センサ（４、５）の少なくとも１つが信号を発するかぎり制御電圧を下げる駆動回路（１６）を含んでいることを特徴とする請求項１記載の電力用半導体デバイス。
【請求項７】
すべてのセル領域（８、９）に対する制御電圧を供給し、また温度センサ（１０、１１）の少なくとも１つが信号を発するかぎり制御電圧を下げる駆動回路（２８）をすべてのセル領域（８、９）に共通に含んでいることを特徴とする請求項２ないし５の１つに記載の電力用半導体デバイス。
【請求項８】
各セル領域（１０、１１）に対する制御電圧を供給し、また温度センサの少なくとも１つが信号を発するかぎり対応付けられているセル領域（８、９）に対する制御電圧を下げる駆動回路（２１、２２）を含んでいることを特徴とする請求項２ないし５の１つに記載の電力用半導体デバイス。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、少なくともセル領域に配置されている多数の互いに並列に接続されているトランジスタセルを有する半導体基体を備えた電界効果により制御可能な電力用半導体デバイスに関する。
【０００２】
【従来の技術】
たとえば電力用ＭＯＳＦＥＴまたはＩＧＢＴのような半導体デバイスを過負荷に対して保護するため、たとえばヨーロッパ特許第 0224274号明細書では、温度センサを半導体基体の中心に配置することが提案された。温度センサは互いに並列に接続されているトランジスタセルの電界の空所内に位置している。
【０００３】
負荷が完全にまたは部分的に短絡されると、半導体基体は局部的な個所における不均一性に基づいて自己加熱する。これらの個所と温度センサとの間の過渡的な熱抵抗により定められる時間の後にセンサが温度上昇を検出し、また電力用半導体デバイスを遮断する。
【０００４】
大電力の電力用半導体デバイスでは半導体基体の面積を一層大きくしなければならない。しかし半導体基体の面積が大きくなると、温度センサが応答する以前に電力用半導体デバイスが破壊される確率が増大する。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
本発明の課題は、冒頭に記載した種類の電力用半導体デバイスを、過負荷による破壊の確率が著しく減ぜられるように改良することにある。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
この課題は本発明によれば、半導体基体に集積され互いに異なる個所に少なくとも２つの温度センサが配置されていることにより解決される。
【０００７】
本発明の実施態様は請求項２以下に記載されている。
【０００８】
【実施例】
以下、図１ないし図５について２つの実施例により本発明を一層詳細に説明する。
【０００９】
図１による電力用半導体デバイスは、電界効果により制御される多数のトランジスタセル２を有する半導体基体１を有する。これらのトランジスタセルは公知のように半導体基体に集積され、また互いに並列に接続されている。通常のようにそれらはすべてのトランジスタセルに共通の１つのゲート電極（ここでは図面を見易くするため図示を省略する）により制御される。トランジスタセル２は幾何学的に１つのセル領域３の形態に配置されている。セルの数はたとえば数万個であってよい。図面を見易くするため、ここにはいくつかのセル２しか示されておらず、また半導体基体の面積に比較して著しく拡大して示されている。
【００１０】
セル領域３内には半導体基体の種々の個所に２つの温度センサ４、５が半導体基体に集積されている。２つよりも多い温度センサが半導体基体に集積されていてもよい。これらの温度センサはたとえばバイポーラトランジスタまたはダイオードであってよい。
【００１１】
たとえば負荷の部分的または完全な短絡による過負荷の際に定格電流にくらべて高められた負荷電流が流れる。これは上記の不可避の不均一性に基づいてセル領域３の１つまたはそれ以上のトランジスタセル２に集中する。これらのセルはそれによって強く自己加熱し、また半導体基体を温度上昇させる。唯一の温度センサのみを有する半導体基体にくらべて、過負荷されているセルとセンサとの間の間隔が小さいために、温度勾配が小さい。従って、前記のセルに隣接する温度センサはより速く応答する。センサの信号は、電力用半導体デバイスを完全に遮断するかもしくは電流を制御電圧の減少により電力用半導体デバイスが外部信号により遮断されるまで低下させる駆動回路に供給され得る。電力用半導体デバイスの破壊はそれによって回避することができる。
【００１２】
図３には図１による電力用半導体デバイスに対する駆動回路の実施例が示されている。電力用半導体デバイスはセル領域３を含んでおり、また符号３によりシンボル化されている。それにソース側に負荷１５が直列に接続されている。この直列回路は電圧Ｖbbに接続されている。制御電圧は駆動回路１６から供給され、またゲート端子Ｇとソース端子Ｓとの間に与えられる。制御入力端１８に制御電圧ＵINが与えられており、かつ温度センサ４、５が出力レベルＬを有するならば、駆動回路１６は入力端Ｅ（イネーブル）において論理回路１７（アンド回路）により起動される。これは正常な作動温度の場合である。温度センサ４、５はインバータ１９、２０を介して論理回路１７の２つの別の入力端と接続されている。
【００１３】
温度センサ４、５の一方または双方が応答すると、駆動回路１６は論理回路１７を介して入力端Ｅにおいて阻止され、電力用半導体デバイスは遮断される。しかしその負荷電流は、電力用半導体デバイスが外部で制御入力端１８における信号により遮断されるまでしか減ぜられない。
【００１４】
図２による実施例では半導体基体は同様に符号１を付して示されている。トランジスタセルはここでは２つのセル領域８、９の形態で半導体基体１の上に配置されている。セル領域は半導体基体の厚みに近い相互間隔ａを有する。半導体基体の厚みが例えば３００μｍであれば、間隔ａはたとえば１００μｍであってよい。セル領域８には温度センサ１０が配置されており、セル領域９には温度センサ１１が配置されている。温度センサ１０、１１は好ましくは最高の温度が予想される個所に配置されている。これは幾何学的な中心、すなわちセル領域８、９の対角線の交点である。ここにセル領域１個あたり多数の温度センサを設けることもできる。
【００１５】
等しい数のトランジスタセルを２つまたはそれ以上のセル領域に分配することにより、過負荷されるセルの１つまたはそれ以上から温度センサへの間隔が比較的小さくなる。セル領域の間の面積はここでヒートシンクとして作用する。それによりセル領域は図１による半導体デバイスにくらべて縁長さ対面積比の大きい熱力学的に互いに隔てられた電力用半導体デバイスとみなすことができる。スタティックな正常作動中はセル領域の分割により温度に相違は生じない。しかしダイナミックな過負荷の場合には、過度に自己加熱するセルが分割されたセル領域の幾何学的中心の周りの比較的小さい面積に分布している。
【００１６】
セル領域は過負荷の際に別々にまたは共通に遮断され得る。セル領域を別々に遮断するためにはたとえば図４による回路が適している。ここでは２つの電力用半導体デバイスが並列に接続されている。これらのデバイスはセル領域８および９により形成されており、また符号８、９でシンボル化されている。セル領域８に属する温度センサはインバータ２５を介して論理回路２３（アンド）の第１の入力端と接続されている。この論理回路２３の第２の入力端は制御入力端１８と接続されている。論理回路２３の出力端は駆動回路２１の入力端Ｅ（イネーブル）と接続されている。その機能は図３による駆動回路１６のそれに相当する。
【００１７】
セル領域９に属する温度センサ１１は出力側でインバータ２６を介して論理回路２４（アンド）の第１の入力端と接続されており、その第２の入力端は制御入力端１８と接続されている。論理回路２４の出力端は駆動回路２２の入力端Ｅと接続されており、その出力端にセル領域９に対する制御電圧が与えられている。セル領域８、９は互いに並列に接続されており、またソース側で負荷１５と接続されている。
【００１８】
温度センサの温度の過上昇を信号報知すると、その出力端に信号Ｈが生ずる。これはインバータ２５で反転される。論理回路２３の１つの入力端に次いで信号Ｌが与えられており、またセル領域８は次いで駆動回路２１を介して阻止され、または代替として負荷電流が減ぜられる。
【００１９】
同様にセル領域９が温度センサ１１、インバータ２６、論理回路２４および駆動回路２２を介して制御される。両セル領域の一方のみに過負荷が生ずると、このセル領域は阻止され、また他方のセル領域は定格電流で動作し続ける。
【００２０】
図５による回路装置は、両温度センサの出力端および制御入力端１８が３つの入力端を有するアンドゲート２９に接続されている点で、図４による回路装置と相違している。温度センサ１０、１１の１つが温度の過上昇を信号報知すると、両セル領域８、９が、従ってまた電力用半導体デバイス全体が阻止される。
【００２１】
図２による実施例は、半導体基体が各１つの温度センサを有する２つよりも多いセル領域を含んでいるように変形されてもよい。ブレークダウン電圧および阻止電流のような電気的特性を悪化させないように、セル領域は好ましくは、図２中に符号７および１２を付して、また図１中に符号６を付して示されている縁構造により囲まれている。このような縁構造は公知であり、これらは通常のように少なくとも１つのフィールドプレートおよびチャネル‐ストッパ電極から成っている。その他の点はたとえばヨーロッパ特許第 0037115号および第 0077481号明細書を参照されたい。
【００２２】
駆動回路は電力用半導体デバイスと共に唯一の半導体基体に集積することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の半導体デバイスの第１の実施例の平面図。
【図２】本発明の半導体デバイスの第２の実施例の平面図。
【図３】電力用半導体デバイスを制御する駆動回路と温度センサとの接続例を示す結線図。
【図４】電力用半導体デバイスを制御する駆動回路と温度センサとの別の接続例を示す結線図。
【図５】電力用半導体デバイスを制御する駆動回路と温度センサとの別の接続例を示す結線図。
【符号の説明】
１    半導体基体
２    トランジスタセル
３、８、９    セル領域
４、５、１０、１１    温度センサ
６、７、１２    縁構造
１５    負荷
１６、２１、２２、２８    駆動回路
１７、２４    論理回路
１９、２０、２６    インバータ
【図１】
0003709024.tif 000002
【図２】
0003709024.tif 000003
【図３】
0003709024.tif 000004
【図４】
0003709024.tif 000005
【図５】
0003709024.tif 000006