(57)【要約】      （修正有）【課題】ノイズが少なく、逆電力ピーク耐量が高いスイッチング電源装置及びクランプ型半導体装置を提供することを目的とする。【解決手段】スイッチング電源装置１は、スイッチング素子５と、スイッチング素子に印加される電圧をクランプするクランプ型半導体装置１０と、を備えている。クランプ型半導体装置１０は、順電流が同一の方向に流れるよう電気的に直列に積層接続された複数のアバランシェ整流ダイオード型又はツェナダイオード型の第１ダイオードチップと、第１ダイオードチップに電気的に直列接続され、第１ダイオードチップの順電流とは逆の方向に順電流を流す、一又は複数の第２ダイオードチップ１８と、備える。【選択図】図１
2017208988.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
スイッチング素子と、前記スイッチング素子に印加される電圧をクランプするクランプ型半導体装置と、を備えたスイッチング電源装置であって、
前記クランプ型半導体装置は、 
順電流が同一の方向に流れるよう電気的に直列に積層接続された複数のアバランシェ整流ダイオード型又はツェナダイオード型の第１ダイオードチップと、 
前記第１ダイオードチップに電気的に直列接続され、前記第１ダイオードチップの順電流とは逆の方向に順電流を流す、一又は複数の第２ダイオードチップと、
を備えたものであることを特徴とするスイッチング電源装置。
【請求項２】
前記第１ダイオードチップは、シリコン半導体基板に不純物がドーピングされ、前記ドーピングの不純物濃度は１×１０＾１６以上であることを特徴とする請求項１に記載のスイッチング電源装置。
【請求項３】
前記シリコン半導体基板は、Ｎ型半導体基板であることを特徴とする請求項２に記載のスイッチング電源装置。 
【請求項４】
前記シリコン半導体基板は、Ｐ型半導体基板であることを特徴とする請求項２に記載のスイッチング電源装置。
【請求項５】
前記第２ダイオードチップは、前記第１ダイオードチップに積層接続されていることを特徴とする請求項１乃至４のいずれか１項に記載のスイッチング電源装置。 
【請求項６】
前記第１ダイオードチップ及び前記第２ダイオードチップは、共通のモールド樹脂に封止されたものであることを特徴とする請求項１乃至５のいずれか１項に記載のスイッチング電源装置。 
【請求項７】
前記モールド樹脂は、誘電率が２以上２０以下のものであることを特徴とする請求項６に記載のスイッチング電源装置。 
【請求項８】
前記モールド樹脂は、少なくとも一部が金属シールド材により覆われていることを特徴とする請求項６又は７のいずれか１項に記載のスイッチング電源装置。 
【請求項９】
前記第２ダイオードチップは、逆回復時間が１μ秒以上の特性を有するものであることを特徴とする請求項１乃至８のいずれか１項に記載のスイッチング電源装置。
【請求項１０】
前記第１ダイオードチップ及び／又は第２ダイオードチップは、ショットキーバリアダイオードチップであることを特徴とする請求項１乃至８のいずれか１項に記載のスイッチング電源装置。
【請求項１１】
前記第２ダイオードチップは、窒化ガリウム半導体又は炭化ケイ素半導体で形成されていることを特徴とする請求項１乃至８のいずれか１項に記載のスイッチング電源装置。
【請求項１２】
順電流が同一の方向に流れるよう電気的に直列に積層接続された複数のアバランシェ整流ダイオード型又はツェナダイオード型の第１ダイオードチップと、 
前記第１ダイオードチップに電気的に直列接続され、前記第１ダイオードチップの順電流とは逆の方向に順電流を流す、一又は複数の第２ダイオードチップと、
備えたクランプ型半導体装置。 
【請求項１３】
前記第１ダイオードチップは、シリコン半導体基板に不純物がドーピングされ、前記ドーピングの不純物濃度は１×１０＾１６以上であることを特徴とする請求項１２に記載のクランプ型半導体装置。
【請求項１４】
前記シリコン半導体基板は、Ｎ型半導体基板であることを特徴とする請求項１３に記載のクランプ型半導体装置。
【請求項１５】
前記シリコン半導体基板は、Ｐ型半導体基板であることを特徴とする請求項１３に記載のクランプ型半導体装置。
【請求項１６】
前記第２ダイオードチップは、前記第１ダイオードチップに積層接続されていることを特徴とする請求項１２乃至１５のいずれか１項に記載のクランプ型半導体装置。 
【請求項１７】
前記第１ダイオードチップ及び前記第２ダイオードチップは、共通のモールド樹脂に封止されたものであることを特徴とする請求項１２乃至１６のいずれか１項に記載のクランプ型半導体装置。
【請求項１８】
前記モールド樹脂は、誘電率が２以上２０以下のものであることを特徴とする請求項１７に記載のクランプ型半導体装置。
【請求項１９】
前記モールド樹脂は、少なくとも一部が金属シールド材により覆われていることを特徴とする請求項１７又は１８のいずれか１項に記載のクランプ型半導体装置。
【請求項２０】
前記第２ダイオードチップは、逆回復時間が１μ秒以上の特性を有するものであることを特徴とする請求項１２乃至１９のいずれか１項に記載のクランプ型半導体装置。
【請求項２１】
前記第１ダイオードチップ及び／又は前記第２ダイオードチップは、ショットキーバリアダイオードチップであることを特徴とする請求項１２乃至１９のいずれか１項に記載のクランプ型半導体装置。
【請求項２２】
前記第２ダイオードチップは、窒化ガリウム半導体又は炭化ケイ素半導体で形成されていることを特徴とする請求項１２乃至１９のいずれか１項に記載のクランプ型半導体装置。 
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、スイッチング電源装置及びクランプ型半導体装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
クランプ型半導体装置やＤＣＲスナバといったサージ吸収部品を用いたスイッチング電源は、電源起動時等に主スイッチに印加される所定値以上のサージ電圧をクランプしリンギングノイズを低減させるものとして広く普及している（特許文献１、２参照）。
【０００３】
特に、クランプ型半導体装置を用いたスイッチング電源は、ＤＣＲスナバと比べて、スイッチング電源装置の構成を簡素化できるだけでなく、軽負荷領域動作時（スイッチング電源装置の待機動作モード時）に、クランプ型半導体装置がクランプ動作をしないため軽負荷領域の効率を損なうことが少ないため、クランプ型半導体装置を用いたスイッチング電源はフライバック電源等に広く実施されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開平１０−２３４１８０号公報
【特許文献２】特開２０１６−５３５１号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかしながら、クランプ型半導体装置は、ノイズ抑制の面ではＤＣＲスナバに比べて若干劣ることから、数百ｋＨｚ〜数ＧＨｚといった広範囲な周波数帯域におけるノイズ抑制を優先させる場合には、軽負荷領域動作時の効率を犠牲にして、ＤＣＲスナバを用いてスイッチング電源を構成せざるを得ず、負荷領域動作時の効率改善とノイズ抑制との両立が困難であるといった課題があった。
【０００６】
また、近年、クランプ型半導体装置の逆電力ピーク耐量の向上に対するニーズも高まってきており、逆電力ピーク耐量が要求に満たない場合においても、軽負荷領域動作時の効率を犠牲にして、ＤＣＲスナバを用いてスイッチング電源を構成せざるを得ないといった課題があった。
【０００７】
本発明は、上記課題に鑑みてなされたものであり、広範囲な周波数帯域でノイズが少なく、逆電力ピーク耐量が高いスイッチング電源装置及びクランプ型半導体装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本発明は、上記の課題を解決するために、以下の事項を提案している。
【０００９】
スイッチング素子と、スイッチング素子に印加される電圧をクランプするクランプ型半導体装置と、を備えたスイッチング電源装置であって、
クランプ型半導体装置は、 
順電流が同一の方向に流れるよう電気的に直列に積層接続された複数のアバランシェ整流ダイオード型又はツェナダイオード型の第１ダイオードチップと、 
第１ダイオードチップに電気的に直列接続され、第１ダイオードチップの順電流とは逆の方向に順電流を流す、一又は複数の第２ダイオードチップと、
を備えたものであることを特徴とするスイッチング電源装置を提案している。
【００１０】
第１ダイオードチップは、シリコン半導体基板に不純物がドーピングされ、ドーピングの不純物濃度は１×１０＾１６以上であることを特徴とするスイッチング電源装置を提案している。
【００１１】
シリコン半導体基板は、Ｎ型半導体基板であることを特徴とするスイッチング電源装置を提案している。 
【００１２】
シリコン半導体基板は、Ｐ型半導体基板であることを特徴とするスイッチング電源装置を提案している。
【００１３】
第２ダイオードチップは、第１ダイオードチップに積層接続されていることを特徴とするスイッチング電源装置を提案している。 
【００１４】
第１ダイオードチップ及び第２ダイオードチップは、共通のモールド樹脂に封止されたものであることを特徴とするスイッチング電源装置を提案している。
【００１５】
モールド樹脂は、誘電率が２以上２０以下のものであることを特徴とするスイッチング電源装置を提案している。 
【００１６】
モールド樹脂は、少なくとも一部が金属シールド材により覆われていることを特徴とするスイッチング電源装置を提案している。 
【００１７】
第２ダイオードチップは、逆回復時間が１μ秒以上の特性を有するものであることを特徴とするスイッチング電源装置を提案している。
【００１８】
第２ダイオードチップは、ショットキーバリアダイオードチップであることを特徴とするスイッチング電源装置を提案している。
【００１９】
第２ダイオードチップは、窒化ガリウム半導体又は炭化ケイ素半導体で形成されていることを特徴とするスイッチング電源装置を提案している。 
【００２０】
順電流が同一の方向に流れるよう電気的に直列に積層接続された複数のアバランシェ整流ダイオード型又はツェナダイオード型の第１ダイオードチップと、 
第１ダイオードチップに電気的に直列接続され、第１ダイオードチップの順電流とは逆の方向に順電流を流す、一又は複数の第２ダイオードチップと、
備えた半導体装置を提案している。 
【００２１】
第１ダイオードチップは、シリコン半導体基板に不純物がドーピングされ、ドーピングの不純物濃度は１×１０＾１６以上であることを特徴とする半導体装置を提案している。
【００２２】
シリコン半導体基板は、Ｎ型半導体基板であることを特徴とする半導体装置を提案している。
【００２３】
シリコン半導体基板は、Ｐ型半導体基板であることを特徴とする半導体装置を提案している。
【００２４】
第２ダイオードチップは、第１ダイオードチップに積層接続されていることを特徴とする半導体装置を提案している。 
【００２５】
第１ダイオードチップ及び第２ダイオードチップは、共通のモールド樹脂に封止されたものであることを特徴とする半導体装置を提案している。
【００２６】
モールド樹脂は、誘電率が２以上２０以下のものであることを特徴とする半導体装置を提案している。
【００２７】
モールド樹脂は、少なくとも一部が金属シールド材により覆われていることを特徴とする半導体装置を提案している。
【００２８】
第２ダイオードチップは、逆回復時間が１μ秒以上の特性を有するものであることを特徴とするスイッチング電源装置を提案している。
【００２９】
第１ダイオードチップ及び／又は第２ダイオードチップは、ショットキーバリアダイオードチップであることを特徴とするスイッチング電源装置を提案している。
【００３０】
第２ダイオードチップは、窒化ガリウム半導体又は炭化ケイ素半導体で形成されていることを特徴とする半導体装置を提案している。 
【発明の効果】
【００３１】
広範囲な周波数帯域でノイズが少なく、逆電力ピーク耐量が高いスイッチング電源装置及びクランプ型半導体装置を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【００３２】
【図１】本発明の実施形態に係るスイッチング電源装置１の構成を示す回路図である。
【図２】本発明の実施形態に係るクランプ型半導体装置１０内部の電気接続図である。
【図３】本発明の第１実施形態に係るクランプ型半導体装置１０の第１ダイオードチップ１１の構成例を示す内部断面構造図である。
【図４】図３に示す第１ダイオードチップ１１の断面構造図である。
【図５】本発明の第２実施形態に係るクランプ型半導体装置１０の第１ダイオードチップ１２の構成例を示す内部断面構造図である。
【図６】図５に示す第１ダイオードチップ１２の断面構造図である。
【図７】本発明の実施形態に係るクランプ型半導体装置１０及び従来型クランプ型半導体装置のノイズ特性の比較図である。
【発明を実施するための形態】
【００３３】
以下、本発明の実施の形態について図面を参照して説明する。
【００３４】
なお、本実施形態における構成要素は適宜、既存の構成要素等との置き換えが可能であり、また、他の既存の構成要素との組合せをする様々なバリエーションが可能である。したがって、本実施形態の記載をもって、特許請求の範囲に記載された発明の内容を限定するものではない。
【００３５】
図１は、本発明の実施形態に係るスイッチング電源装置１の構成を示す回路図である。図２は、本発明の実施形態に係るクランプ型半導体装置１０内部の電気接続図である。
【００３６】
本発明の実施の形態に係るスイッチング電源装置１は、リンギングチョークコンバータとして構成した例である。リンギングチョークコンバータについては、一般に知られている構成であるので、詳細は省略し、クランプ型半導体装置１０を中心に以下説明する。
【００３７】
スイッチング電源装置１は、整流ブリッジダイオードと、コンデンサ３と、スイッチング素子５と、制御回路６と、整流ダイオード７と、コンデンサ８と、クランプ型半導体装置１０と、トランス３０と、整流ダイオード４１と、コンデンサ４２と、出力電圧制御部５０と、を備えている。
【００３８】
図３は、本発明の第 １実施形態に係るクランプ型半導体装置１０の第１ダイオードチップ１１の構成例を示す内部断面構造図である。図４は、図３に示す第１ダイオードチップ１１の断面構造図である。
【００３９】
本発明の第１実施形態は、クランプ型半導体装置１０の第１ダイオードチップのシリコン半導体基板をＮ型半導体基板で構成したものである。
【００４０】
図３に示すように、クランプ型半導体装置１０は、順電流が同一の方向に流れるよう電気的に直列に積層接続された複数のアバランシェ整流ダイオード型又はツェナダイオード型の第１ダイオードチップ１１、１３、１５を備えている。
【００４１】
また、クランプ型半導体装置１０は、第１ダイオードチップ１１、１３、１５に電気的に直列接続され、第１ダイオードチップ１１、１３、１５の順電流とは逆の方向に順電流を流す、一又は複数の第２ダイオードチップ１８を備えている。
【００４２】
図３に示すクランプ型半導体装置１０は、一例として、第２ダイオードチップを一つで構成したものである。 
【００４３】
第２ダイオードチップ１８は、例えば、図３に示すように、第１ダイオードチップ１１、１３、１５と共に積層接続されている。
【００４４】
第１ダイオードチップ１１、１３、１５は、例えば、シリコン半導体基板に不純物をドーピングし、ドーピングの不純物濃度は１×１０＾１６以上とする。このような不純物濃度に設定すると、広範囲な周波数帯域で顕著にノイズを低減することができる。
【００４５】
上述の第１ダイオードチップ１１、１３、１５のブレークダウン領域におけるインピーダンスは、製造上、上記不純物濃度で制御する。 
【００４６】
また、図４に示すように、第１ダイオードチップ１１はチップ両面にアノード電極１１ａ（Ｐ＋）及びカソード電極１１ｃ（Ｎ＋）が形成されている。第１の実施の形態では、第１ダイオードチップ１３及び１５は、第１ダイオードチップ１１と同様に形成されている。
【００４７】
第１ダイオードチップは、構成する各チップ（第１ダイオードチップ１１、１３、１５）のインピーダンスを最適に設定することで、広範囲な周波数帯域で顕著に低ノイズ化することができる。
【００４８】
第１の実施の形態に係る第１ダイオードチップ１１、１３、１５及び第２ダイオードチップ１８は、共通のモールド樹脂に封止されたものであると好適である。
【００４９】
なお、上記積層構造とすることにより、クランプ型半導体装置１０逆電力ピーク耐量を顕著に高めることができる。 
【００５０】
図５は、本発明の第２実施形態に係るクランプ型半導体装置１０の第１ダイオードチップ１１の構成例を示す内部断面構造図である。図６は、図５に示す第１ダイオードチップ１２の断面構造図である。
【００５１】
本発明の第１実施形態は、クランプ型半導体装置１０の第１ダイオードチップ１２のシリコン半導体基板をＰ型半導体基板で構成したものである。
【００５２】
図５に示すように、第２実施形態では、クランプ型半導体装置１０は、順電流が同一の方向に流れるよう電気的に直列に積層接続された複数のアバランシェ整流ダイオード型又はツェナダイオード型の第１ダイオードチップ１２、１４、１６及び第２ダイオードチップ１８を備えている。
【００５３】
図５に示すクランプ型半導体装置１０は、一例として、第２ダイオードチップを一つで構成したものである。 
【００５４】
第２ダイオードチップ１８は、例えば、図５に示すように、第１ダイオードチップに積層接続されている。
【００５５】
第１ダイオードチップ１２、１４、１６は、例えば、シリコン半導体基板に不純物をドーピングし、ドーピングの不純物濃度は１×１０＾１６以上とする。このような不純物濃度に設定すると、広範囲な周波数帯域で顕著にノイズを低減することができる。
【００５６】
上述の第１ダイオードチップ１２、１４、１６のブレークダウン領域におけるインピーダンスは、製造上、上記不純物濃度で制御する。 
【００５７】
また、図６に示すように、第１ダイオードチップ１２はチップ両面にアノード電極１２ａ（Ｎ＋）及びカソード電極１２ｃ（Ｐ＋）が形成されている。第２の実施の形態では、第１ダイオードチップ１４及び１６は、第１ダイオードチップ１２と同様に形成されている。
【００５８】
第２の実施の形態に係る第１ダイオードチップ１２、１４、１６及び第２ダイオードチップ１８は、共通のモールド樹脂に封止されたものであると好適である。
【００５９】
図７は、本発明の実施形態に係るクランプ型半導体装置１０を動作させた場合のノイズ特性及び従来型クランプ型半導体装置のノイズ特性の比較図である。
【００６０】
図７に示すように、本発明の実施形態に係るクランプ型半導体装置１０を動作させた場合のノイズ特性は、従来型クランプ型半導体装置のノイズ特性に比べ、ノイズレベル顕著に低減することができるが確認されている。
【００６１】
ここで、上記モールド樹脂は、誘電率が２以上２０以下のものであると、より顕著にノイズを低減することができる。
【００６２】
更に、上記モールド樹脂は、少なくとも一部が金属シールド材により覆われているものであると、より顕著にノイズを低減することができる。
【００６３】
また、第２ダイオードチップ１８は、逆回復時間が１μ秒以上の特性を有するものであると、より顕著にノイズを低減することができる。
【００６４】
第２ダイオードチップ１８は、ショットキーバリアダイオードチップであると、より顕著にノイズを低減することができる。
【００６５】
第２ダイオードチップ１８は、窒化ガリウム半導体又は炭化ケイ素半導体で形成されているものであると、より顕著にノイズを低減することができる。
【００６６】
上記クランプ型半導体装置１０及びこれを用いたスイッチング電源装置１は、広範囲な周波数帯域でノイズレベルを顕著に低減することができる。
【００６７】
また、本発明の実施形態に係るクランプ型半導体装置１０は、上述のような構造とすることで、従来型クランプ型半導体装置に比べ、逆電力ピーク耐量を顕著に高めることができる。
【００６８】
以上、本発明の実施形態について説明したが、本発明は、上述した実施形態に限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲内で様々な変形や応用が可能であり、上記の実施の形態には限定せずに、発明の範囲内であれば、適宜変更可能である。
【符号の説明】
【００６９】
１：スイッチング電源装置
２：整流ブリッジダイオード
３：コンデンサ
５：スイッチング素子
６：制御回路
７：整流ダイオード
８：コンデンサ
１０：クランプ型半導体装置
１１、１２、１３、１４、１５、１６：第１ダイオードチップ
１８：第２ダイオードチップ
３０：トランス
３１：一次巻線
３２：制御巻線
３３：二次巻線 
４１：整流ダイオード
４２：コンデンサ
５０：出力電圧制御部
【図１】
2017208988.tif 000003
【図２】
2017208988.tif 000004
【図３】
2017208988.tif 000005
【図４】
2017208988.tif 000006
【図５】
2017208988.tif 000007
【図６】
2017208988.tif 000008
【図７】
2017208988.tif 000009