半導(dǎo)體模塊、led驅(qū)動(dòng)裝置以及l(fā)ed照明裝置制造方法
【專利摘要】本實(shí)用新型提供半導(dǎo)體模塊、LED驅(qū)動(dòng)裝置以及LED照明裝置。該半導(dǎo)體模塊具有：由導(dǎo)電性材料構(gòu)成的單個(gè)支承薄板、包含橫型柵控制型元件的第1半導(dǎo)體芯片、包含縱型整流元件的第2半導(dǎo)體芯片，所述橫型柵控制型元件具有形成在所述第1半導(dǎo)體芯片的一個(gè)主面上的第1主端子、第2主端子、控制端子，所述縱型整流元件具有形成在所述第2半導(dǎo)體芯片的一個(gè)主面上的陽極和形成在所述第2半導(dǎo)體芯片的另一個(gè)主面上的陰極，所述第1半導(dǎo)體芯片和所述第2半導(dǎo)體芯片固定在所述單個(gè)支承薄板上，所述第1主端子與所述單個(gè)支承薄板低電阻連接，所述陰極直接與所述單個(gè)支承薄板低電阻連接。根據(jù)本實(shí)用新型，能夠有助于LED驅(qū)動(dòng)裝置等開關(guān)電路的小型化。
【專利說明】半導(dǎo)體模塊、LED驅(qū)動(dòng)裝置以及LED照明裝置

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本實(shí)用新型涉及半導(dǎo)體模塊,特別是涉及應(yīng)用于LED (Light Emitting D1de:發(fā)光二極管)驅(qū)動(dòng)裝置等開關(guān)電路中的半導(dǎo)體模塊和具有該半導(dǎo)體模塊的LED驅(qū)動(dòng)裝置以及LED照明裝置。

【背景技術(shù)】
[0002]在主要的技術(shù)先進(jìn)國中，可以說照明所使用的電能達(dá)到各國的總發(fā)電量的大約15%，從地球環(huán)境問題的觀點(diǎn)來看，要求電能的減少。以這種要求為背景，與現(xiàn)有的照明裝置所使用的白熾燈或熒光燈相比，具有消耗電力少且壽命長(zhǎng)的LED (Light EmittingD1de)作為光源的LED照明裝置受到關(guān)注。并且，與此相伴，正在進(jìn)行用于驅(qū)動(dòng)LED的LED驅(qū)動(dòng)裝置的開發(fā)。
[0003]LED具有如上所述的長(zhǎng)處，而另一方面，也具有正方向電壓(Vf)的制造偏差和溫度漂移這樣的短處。因此，從高效化的觀點(diǎn)來看，公知在LED照明裝置中，相比于恒壓方式，優(yōu)選恒流方式。
[0004]圖12是示出恒流方式的現(xiàn)有的LED照明裝置的結(jié)構(gòu)的電路圖(專利文獻(xiàn)I)?，F(xiàn)有的LED照明裝置100具有電源10ULED驅(qū)動(dòng)裝置102以及LED103。LED驅(qū)動(dòng)裝置102具有柵極控制型元件Q、扼流線圈L、續(xù)流二極管(flywheel d1de)D以及控制電路1C。柵極控制型元件Q的一個(gè)電極與電源101的正極連接，另一個(gè)電極經(jīng)由續(xù)流二極管D接地，并且經(jīng)由扼流線圈L而與LED103的正極側(cè)線連接?？刂齐娐稩C對(duì)柵極控制型元件Q進(jìn)行接通斷開控制，以使得流過LED103的電流恒定。
[0005]另外，圖13是示出現(xiàn)有的LED照明裝置的結(jié)構(gòu)的剖視圖?，F(xiàn)有的LED照明裝置100例如具有燈泡型的外形，具有透光罩104、接頭105、散熱器106以及安裝有LED驅(qū)動(dòng)裝置102和LED103的電路基板107。透光罩104是用于將從LED103放出的光放射到LED照明裝置的外部的半球狀的樹脂制罩，接頭105是金屬制的有底筒體形狀的充電部，散熱器106是金屬制的筒型散熱體(筐體)。電路基板107收納在接頭105和散熱器106的內(nèi)部。
[0006]專利文獻(xiàn)1:日本特開2009-525595號(hào)公報(bào)
[0007]在燈泡型的LED照明裝置100中，為了確保散熱器106的形狀自由度或LED照明裝置100的組裝工序的簡(jiǎn)易性，要求更加小型的電路基板107。另外，為了提供與更小的接頭對(duì)應(yīng)的燈泡型的LED照明裝置，還要求電路基板107的小型化。
實(shí)用新型內(nèi)容
[0008]本實(shí)用新型鑒于上述問題點(diǎn)，提供有助于LED驅(qū)動(dòng)裝置等開關(guān)電路的小型化的半導(dǎo)體模塊以及具有該半導(dǎo)體模塊的LED驅(qū)動(dòng)裝置和LED照明裝置。
[0009]根據(jù)本實(shí)用新型的一個(gè)方式，本實(shí)用新型的半導(dǎo)體模塊，其特征在于，具有:由導(dǎo)電性材料構(gòu)成的單個(gè)支承薄板；包含橫型柵控制型元件的第I半導(dǎo)體芯片；以及包含縱型整流元件的第2半導(dǎo)體芯片，所述橫型柵控制型元件具有形成在所述第I半導(dǎo)體芯片的一個(gè)主面上的第I主端子、第2主端子以及控制端子，所述縱型整流元件具有形成在所述第2半導(dǎo)體芯片的一個(gè)主面上的陽極和形成在所述第2半導(dǎo)體芯片的另一個(gè)主面上的陰極，所述第I半導(dǎo)體芯片和所述第2半導(dǎo)體芯片固定在所述單個(gè)支承薄板上，所述第I主端子與所述單個(gè)支承薄板低電阻連接，所述陰極直接與所述單個(gè)支承薄板低電阻連接。
[0010]所述橫型柵控制型元件具有彼此串聯(lián)連接的第I橫型柵控制型元件和第2橫型柵控制型元件，所述第I橫型柵控制型元件具有第I控制端子，所述第2橫型柵控制型元件具有第2控制端子，所述第I控制端子和所述第2控制端子被施加彼此不同的第I控制電壓和第2控制電壓。
[0011]所述第I橫型柵控制型元件被進(jìn)行接通斷開控制，所述第2橫型柵控制型元件被進(jìn)行模擬控制。
[0012]所述第2控制端子的電位被高頻地固定。
[0013]所述第I橫型柵控制型元件連接在所述第2橫型柵控制型元件與所述縱型整流元件之間。
[0014]所述半導(dǎo)體模塊具有由導(dǎo)電性材料構(gòu)成的多個(gè)外部端子，所述單個(gè)支承薄板經(jīng)由所述多個(gè)外部端子中的至少一個(gè)外部端子或不經(jīng)由任何外部端子而與負(fù)載連接。
[0015]所述第I半導(dǎo)體芯片具有由GaN系半導(dǎo)體材料構(gòu)成的半導(dǎo)體襯底。
[0016]所述半導(dǎo)體襯底與所述第I主端子低電阻連接。
[0017]根據(jù)本實(shí)用新型的另一方式，本實(shí)用新型的LED驅(qū)動(dòng)裝置，其特征在于，具有:上述的半導(dǎo)體模塊；以及與所述單個(gè)支承薄板連接的扼流線圈和輸出電容器。
[0018]根據(jù)本實(shí)用新型的又一方式，本實(shí)用新型的LED照明裝置，具有:上述的LED驅(qū)動(dòng)裝置；以及與所述輸出電容器并聯(lián)連接的LED。
[0019]根據(jù)本實(shí)用新型，能夠提供有助于LED驅(qū)動(dòng)裝置等開關(guān)電路的小型化的半導(dǎo)體模塊以及具有該半導(dǎo)體模塊的LED驅(qū)動(dòng)裝置和LED照明裝置。

【專利附圖】

【附圖說明】
[0020]圖1a至圖1c是示出本實(shí)用新型的第I實(shí)施方式的半導(dǎo)體模塊的結(jié)構(gòu)的圖。
[0021]圖2a、圖2b是示出本實(shí)用新型的第I實(shí)施方式的第I半導(dǎo)體芯片和第2半導(dǎo)體芯片的結(jié)構(gòu)的剖視圖。
[0022]圖3是示出本實(shí)用新型的第I實(shí)施方式的LED照明裝置的結(jié)構(gòu)的電路圖。
[0023]圖4是示出本實(shí)用新型的第I實(shí)施方式的第I變形例的半導(dǎo)體模塊的結(jié)構(gòu)的圖。
[0024]圖5是示出本實(shí)用新型的第I實(shí)施方式的第2變形例的半導(dǎo)體模塊的結(jié)構(gòu)的圖。
[0025]圖6是示出本實(shí)用新型的第I實(shí)施方式的第3變形例的半導(dǎo)體模塊的結(jié)構(gòu)的圖。
[0026]圖7a、圖7b是示出本實(shí)用新型的第I實(shí)施方式的第4變形例的半導(dǎo)體模塊的結(jié)構(gòu)的圖。
[0027]圖8a至圖Sc是示出本實(shí)用新型的第2實(shí)施方式的半導(dǎo)體模塊的結(jié)構(gòu)的圖。
[0028]圖9是示出本實(shí)用新型的第2實(shí)施方式的LED照明裝置的結(jié)構(gòu)的電路圖。
[0029]圖10是示出本實(shí)用新型的第2實(shí)施方式的第I變形例的半導(dǎo)體模塊的結(jié)構(gòu)的圖。
[0030]圖11是示出本實(shí)用新型的第2實(shí)施方式的第2變形例的第I半導(dǎo)體芯片的結(jié)構(gòu)的圖。[0031 ] 圖12是示出現(xiàn)有的LED照明裝置的結(jié)構(gòu)的電路圖。
[0032]圖13是示出現(xiàn)有的LED照明裝置的結(jié)構(gòu)的剖視圖。
[0033]標(biāo)號(hào)說明
[0034]1:芯片座；2:第I半導(dǎo)體芯片；3:第2半導(dǎo)體芯片；4:第3半導(dǎo)體芯片；10:半導(dǎo)體模塊；22、23:半導(dǎo)體襯底；40 =LED照明裝置；41:直流電源；42 =LED驅(qū)動(dòng)裝置；43 =LED ；44:控制電路；Q1:橫型柵控制型元件；D1:縱型整流元件。

【具體實(shí)施方式】
[0035]接著，參照附圖對(duì)本實(shí)用新型的實(shí)施方式進(jìn)行說明。在以下的附圖的記載中，對(duì)相同或相似的部分標(biāo)注相同或相似的標(biāo)號(hào)。但是，應(yīng)該注意到附圖是示意性的。并且，以下所示的實(shí)施方式例示了用于具體化本實(shí)用新型的技術(shù)思想的裝置和方法，在本實(shí)用新型的實(shí)施方式中，結(jié)構(gòu)部件的構(gòu)造、配置等不限定為下述內(nèi)容。在本實(shí)用新型的實(shí)施方式中，能夠在權(quán)利要求書的范圍內(nèi)施加各種變更。
[0036](第I實(shí)施方式)
[0037]參照?qǐng)D1?圖3對(duì)第I實(shí)施方式的半導(dǎo)體模塊、LED驅(qū)動(dòng)裝置以及LED照明裝置進(jìn)行說明。圖1是示出本實(shí)用新型的第I實(shí)施方式的半導(dǎo)體模塊的結(jié)構(gòu)的圖。圖1a是本實(shí)施方式的半導(dǎo)體模塊10的平面圖，圖1b是本實(shí)施方式的半導(dǎo)體模塊10的圖1a中的X-X剖視圖，圖1c是本實(shí)施方式的半導(dǎo)體模塊10的等效電路圖。本實(shí)施方式的半導(dǎo)體模塊10具有單個(gè)芯片座1、第I半導(dǎo)體芯片2、第2半導(dǎo)體芯片3，第I半導(dǎo)體芯片2和第2半導(dǎo)體芯片3固定在芯片座I上。
[0038]本實(shí)施方式的芯片座I相當(dāng)于本實(shí)用新型的支承薄板，是由銅等導(dǎo)電性金屬板通過沖壓而形成的單個(gè)方形薄板。芯片座I具有彼此相對(duì)的第I主面(上表面)TS和第2主面(下表面)BS，平面觀察時(shí)被多個(gè)引線端子LT包圍。本實(shí)施方式的芯片座I經(jīng)由至少一條導(dǎo)線與至少一個(gè)引線端子LT低電阻連接，經(jīng)由引線端子LT與作為負(fù)載的LED連接。芯片座I和各引線端子LT的至少一部分通過密封樹脂MR而被密封，芯片座I的第2主面BS露出到半導(dǎo)體模塊10的背面，各引線端子LT除了一部分以外從密封樹脂MR突出。S卩，半導(dǎo)體模塊10具有DIP (Dual Inline Package:雙列直插式封裝)構(gòu)造。
[0039]第I半導(dǎo)體芯片2包含由MOSFET、IGBT、雙極晶體管等構(gòu)成的橫型柵控制型元件Ql0第I半導(dǎo)體芯片2通過導(dǎo)電性粘接劑CA而固定在芯片座I的第I主面TS側(cè)。芯片座I作為第I半導(dǎo)體芯片2的散熱板來發(fā)揮功能。本實(shí)施方式的橫型柵控制型元件Ql是由GaN(氮化嫁)系半導(dǎo)體材料構(gòu)成的橫型HEMT(High Electron Mobility Transistor:高電子遷移率晶體管)，具有源極端子(第I主端子)ST、漏極端子(第2主端子)DT以及柵極端子(控制端子)GT。源極端子ST直接經(jīng)由至少一條導(dǎo)線與芯片座I低電阻連接，漏極端子DT和柵極端子GT分別經(jīng)由至少一條導(dǎo)線與分別不同的引線端子LT低電阻連接，并被導(dǎo)出到密封樹脂MR的外部。另外，本實(shí)用新型中的GaN系半導(dǎo)體材料是由AlxInyGai_x_yN(0 KO = y = 1>0 ^ x+y ^ I)定義的半導(dǎo)體材料。
[0040]第2半導(dǎo)體芯片3包含由SBD、FRD、MPS等構(gòu)成的縱型整流元件D1。第2半導(dǎo)體芯片3通過導(dǎo)電性粘接劑CA固定在芯片座I的第I主面TS側(cè)。芯片座I作為第2半導(dǎo)體芯片3的散熱板來發(fā)揮功能。本實(shí)施方式的縱型整流元件Dl是由SiC (碳化硅)構(gòu)成的縱型SBD，具有陽極端子AT和陰極端子KT。陽極端子AT經(jīng)由至少一條導(dǎo)線與引線端子LT低電阻連接，陰極端子KT直接通過導(dǎo)電性粘接劑CA與芯片座I低電阻連接，分別被導(dǎo)出到密封樹脂MR的外部。縱型整流元件Dl的陰極端子KT通過芯片座I而與橫型柵控制型元件Ql的源極端子S成為相同電位，芯片座I成為半導(dǎo)體模塊10的輸出級(jí)。
[0041]圖2是示出本實(shí)用新型的第I實(shí)施方式的第I半導(dǎo)體芯片2和第2半導(dǎo)體芯片3的結(jié)構(gòu)的剖視圖。圖2a是本實(shí)施方式的第I半導(dǎo)體芯片2的剖視圖。第I半導(dǎo)體芯片2包含由HEMT構(gòu)成的橫型柵控制型元件Ql，橫型柵控制型元件Ql具有半導(dǎo)體襯底23、源電極S、漏電極D以及柵電極G。源電極S、漏電極D以及柵電極G分別與源極端子ST、漏極端子DT以及柵極端子GT連接。半導(dǎo)體襯底23由至少一個(gè)半導(dǎo)體層構(gòu)成，具有彼此相對(duì)的一個(gè)主面(表面)21和另一個(gè)主面(背面)22，構(gòu)成第I半導(dǎo)體芯片2。橫型柵控制型元件Ql通過施加給柵電極G的電壓來控制與一個(gè)主面21平行地流過半導(dǎo)體襯底23內(nèi)的電流。
[0042]本實(shí)施方式的半導(dǎo)體襯底23具有設(shè)置在另一個(gè)主面22側(cè)的導(dǎo)電性襯底24、形成在導(dǎo)電性襯底24與一個(gè)主面21之間的緩沖區(qū)域25、形成在緩沖區(qū)域25與一個(gè)主面21之間的有源區(qū)26。導(dǎo)電性襯底24例如由添加了導(dǎo)電性雜質(zhì)的Si (硅)或SiC構(gòu)成，作為緩沖區(qū)域25和有源區(qū)26的支承襯底來發(fā)揮功能。另外，本實(shí)施方式的橫型柵控制型元件Ql具有與半導(dǎo)體襯底的另一個(gè)主面22接觸的背面電極BM，但是也可以省略該背面電極BM而使導(dǎo)電性襯底24作為背面電極來發(fā)揮功能。
[0043]緩沖區(qū)域25由至少一個(gè)GaN系半導(dǎo)體材料層構(gòu)成，優(yōu)選為了緩和導(dǎo)電性襯底24與有源區(qū)26之間的晶格不匹配而設(shè)置，但是也可以根據(jù)導(dǎo)電性襯底24和有源區(qū)26的半導(dǎo)體材料而省略緩沖區(qū)域25。
[0044]有源區(qū)26由至少一個(gè)GaN系半導(dǎo)體材料層構(gòu)成，提供橫型柵控制型元件Ql的溝道(電流路徑)。另外，本實(shí)施方式的有源區(qū)26具有載流子遷移區(qū)域261和載流子供給區(qū)域262。載流子遷移區(qū)域261是電阻比較低的區(qū)域，作為橫型柵控制型元件Ql的主要的溝道區(qū)域來發(fā)揮功能。載流子供給區(qū)域262在與載流子遷移區(qū)域261之間形成異質(zhì)結(jié)，具有提高載流子遷移區(qū)域261的載流子濃度的功能。
[0045]源電極S由Al (鋁)等金屬構(gòu)成，以與半導(dǎo)體襯底23低電阻性接觸的方式設(shè)置在一個(gè)主面21上。漏電極D由Al等金屬構(gòu)成，以與半導(dǎo)體襯底23低電阻性接觸且與源電極S分開的方式設(shè)置在一個(gè)主面21上。柵電極G由Au(金)等金屬構(gòu)成,在一個(gè)主面21上位于源電極S與漏電極D之間且設(shè)置成與源電極S和漏電極D分開。橫型柵控制型元件Ql具有規(guī)定的閾值電壓，在對(duì)柵電極G施加的電壓為閾值電壓以上時(shí)，在源電極S和漏電極D之間流過電流，在對(duì)柵電極G施加的電壓小于閾值電壓時(shí)，抑制電流的流動(dòng)。
[0046]圖2b是本實(shí)施方式的第2半導(dǎo)體芯片3的剖視圖。第2半導(dǎo)體芯片3包含由SBD構(gòu)成的縱型整流元件D1，縱型整流元件Dl具有半導(dǎo)體襯底33、陽極電極A以及陰極電極K。陽極電極A和陰極電極K分別與陽極端子AT和陰極端子KT連接。半導(dǎo)體襯底33由至少一個(gè)半導(dǎo)體層構(gòu)成，具有彼此相對(duì)的一個(gè)主面(表面)31和另一個(gè)主面(背面)32,構(gòu)成第2半導(dǎo)體芯片3。在縱型整流元件Dl中，當(dāng)對(duì)陽極電極A施加相對(duì)于陰極電極K為規(guī)定正方向電壓以上的電壓時(shí)，從陽極電極A朝向陰極電極在半導(dǎo)體襯底33內(nèi)流過與一個(gè)主面31垂直的電流。
[0047]本實(shí)施方式的半導(dǎo)體襯底33具有設(shè)置在另一個(gè)主面32側(cè)的接點(diǎn)區(qū)域331、形成在接點(diǎn)區(qū)域331與一個(gè)主面31之間的陰極區(qū)域332、形成在陰極區(qū)域332內(nèi)的一個(gè)主面31側(cè)的耐壓區(qū)域333。接點(diǎn)區(qū)域331由以比較高的濃度添加了導(dǎo)電性雜質(zhì)的N+型SiC構(gòu)成，形成半導(dǎo)體襯底33和陰極電極K之間的低電阻連接。
[0048]陰極區(qū)域332由以比較低的濃度添加了導(dǎo)電性雜質(zhì)的N-型SiC構(gòu)成，與接點(diǎn)區(qū)域331 —起構(gòu)成縱型整流元件Dl的陰極。
[0049]耐壓區(qū)域333由添加了導(dǎo)電性雜質(zhì)的P型SiC構(gòu)成，在陰極區(qū)域332內(nèi)形成為島狀。耐壓區(qū)域333作為緩和半導(dǎo)體襯底33中的在肖特基電極34的端部產(chǎn)生的電場(chǎng)集中的護(hù)圈來發(fā)揮功能。
[0050]肖特基電極34由Mo(鑰)等金屬構(gòu)成，設(shè)置成與半導(dǎo)體襯底33的第I主面31接觸，并在與半導(dǎo)體襯底33之間形成肖特基勢(shì)壘。陽極電極A由Al等金屬構(gòu)成，形成為與肖特基電極34低電阻連接。陰極電極K由Ni (鎳)等金屬構(gòu)成，設(shè)置成經(jīng)由接點(diǎn)區(qū)域331與半導(dǎo)體襯底33的第2主面32低電阻連接。縱型整流元件Dl具有規(guī)定的正方向電壓，在對(duì)陽極電極A施加的電壓為正方向電壓以上時(shí)，在陽極電極A和陰極電極K之間流過電流，在對(duì)陽極電極A施加的電壓小于正方向電壓時(shí)，阻止電流。
[0051]圖3是示出本實(shí)用新型的第I實(shí)施方式的LED照明裝置的結(jié)構(gòu)的電路圖。本實(shí)施方式的LED照明裝置40具有直流電源41、LED驅(qū)動(dòng)裝置42以及LED43。LED驅(qū)動(dòng)裝置42具有橫型柵控制型元件Q1、扼流線圈L1、縱型整流元件D1、輸出電容器Cl、檢測(cè)電阻Rs以及控制電路44?？v型柵極控制型元件Ql和橫型整流元件Dl串聯(lián)連接，收納在半導(dǎo)體模塊10中。
[0052]橫型柵控制型元件Ql可以是具有正閾值電壓的常閉型HEMT，也可以是具有負(fù)閾值電壓的常開型HEMT。在如本實(shí)施方式那樣用于LED照明裝置的情況下，在其動(dòng)作方面，常開型HEMT更加優(yōu)選。
[0053]直流電源41具有交流電源411、二極管電橋412以及輸入電容器413。交流電源411的交流電力通過二極管電橋412而被整流，通過輸入電容器413進(jìn)行平滑，被轉(zhuǎn)換為包含脈動(dòng)電流的直流電力而輸出到LED驅(qū)動(dòng)裝置42。直流電源41可以由SMPS(SwitchedMode Power Supply:交換式電源供應(yīng)器)等直流轉(zhuǎn)換部構(gòu)成,也可以置換為電池等直流電源。
[0054]LED驅(qū)動(dòng)裝置42具有升降壓斬波型的直流轉(zhuǎn)換器的結(jié)構(gòu)。橫型柵控制型元件Ql的漏極端子DT與作為直流電源41的正極的輸入電容器413的一端連接，源極端子ST經(jīng)由續(xù)流二極管Dl與LED43的陰極連接，并且經(jīng)由扼流線圈LI與LED43的陽極連接。輸出電容器Cl與LED43并聯(lián)連接，檢測(cè)電阻Rs連接在LED43與輸出電容器Cl之間。當(dāng)考慮半導(dǎo)體模塊10的連接關(guān)系時(shí)，源極端子ST (陰極端子KT)和陽極端子AT構(gòu)成LED驅(qū)動(dòng)裝置42的一對(duì)輸出端子。
[0055]控制電路44具有電流檢測(cè)電路441、放大器442、基準(zhǔn)電壓443、比較器444、三角波產(chǎn)生器445以及緩沖電路446。電流檢測(cè)電路441檢測(cè)流過檢測(cè)電阻Rs的電流，將其輸出到放大器442的非反轉(zhuǎn)輸入端子。放大器442對(duì)連接到反轉(zhuǎn)輸入端子的基準(zhǔn)電壓443的電壓值與上述兩端電壓之間的誤差進(jìn)行放大，作為誤差信號(hào)輸出到比較器444的反轉(zhuǎn)輸入端子。比較器444對(duì)從連接在非反轉(zhuǎn)輸入端子的三角波產(chǎn)生器445輸出的三角波的信號(hào)電平與上述誤差信號(hào)的電平進(jìn)行比較，將與比較結(jié)果對(duì)應(yīng)的驅(qū)動(dòng)信號(hào)經(jīng)由緩沖電路446輸出到橫型柵控制型元件Ql的柵極端子GT?？刂齐娐?4根據(jù)三角波產(chǎn)生器445的振蕩頻率對(duì)橫型柵控制型元件Ql進(jìn)行接通斷開(開關(guān))控制，以使得檢測(cè)電阻Rs的兩端電壓接近規(guī)定的電壓值。
[0056]在本實(shí)施方式的LED照明裝置40中，在橫型柵控制型元件Ql接通時(shí)，在由直流電源41、橫型柵控制型元件Ql以及扼流線圈LI構(gòu)成的電路環(huán)中流過電流。接著，當(dāng)橫型柵控制型元件Ql斷開時(shí)，在由扼流線圈L1、輸出電容器Cl以及縱型整流元件Dl構(gòu)成的電路環(huán)中流過電流，對(duì)LED43施加輸出電容器Cl的兩端電壓，在LED43和檢測(cè)電阻Rs中流過電流。控制電路44改變橫型柵控制型元件Ql的占空比，以使得檢測(cè)電阻Rs的兩端電壓接近由基準(zhǔn)電壓443定義的規(guī)定的電壓值。由于LED驅(qū)動(dòng)裝置42能夠使流過LED43的電流值接近規(guī)定的電流值，因此能夠?qū)ED43的亮度控制為恒定。
[0057]由于本實(shí)施方式的半導(dǎo)體模塊10具有由適合高頻動(dòng)作的材料構(gòu)成的橫型柵控制型元件Ql和縱型整流元件Dl，因此通過提高LED驅(qū)動(dòng)裝置42的動(dòng)作頻率，能夠使扼流線圈LI和輸出電容器Cl等電路部件小型化。因此，半導(dǎo)體模塊10有助于LED驅(qū)動(dòng)裝置42和LED照明裝置40的小型化。
[0058]另外，由于由GaN系半導(dǎo)體材料構(gòu)成的橫型柵控制型元件Ql和由SiC構(gòu)成的縱型整流元件Dl是導(dǎo)通損失較小的元件，因此LED驅(qū)動(dòng)裝置42和LED照明裝置40實(shí)現(xiàn)高效化且抑制了 LED驅(qū)動(dòng)裝置42動(dòng)作時(shí)的半導(dǎo)體模塊10的發(fā)熱。因此，能夠使用于將發(fā)熱散發(fā)到外部的散熱片等部件小型化或者省略，LED驅(qū)動(dòng)裝置42和LED照明裝置40實(shí)現(xiàn)小型化。另外，通過減少來自LED驅(qū)動(dòng)裝置42的發(fā)熱，能夠抑制作為L(zhǎng)ED的短處的Vf的溫度漂移。
[0059]另外，在橫型柵控制型元件Ql中，由于導(dǎo)電性襯底24的電位與源電極S的電位相等，因此與縱型整流元件Dl —起載置在單個(gè)芯片座I上，與縱型整流元件Dl低電阻連接。根據(jù)這種結(jié)構(gòu)，半導(dǎo)體模塊10能夠相對(duì)于其外形增大芯片座I的面積、即第I和第2半導(dǎo)體芯片2、3的散熱面積，有助于LED驅(qū)動(dòng)裝置42和LED照明裝置40的小型化。
[0060]另外，由于芯片座I的形狀被簡(jiǎn)化、且能夠減少接合線的個(gè)數(shù)，因此能夠提供低價(jià)的LED驅(qū)動(dòng)裝置42和LED照明裝置40。另外，芯片座I成為開關(guān)的輸出級(jí)。另外，由于減少了橫型柵控制型元件Ql與縱型整流元件Dl之間的寄生電感成分，因此能夠提高LED驅(qū)動(dòng)裝置42的動(dòng)作頻率，并且能夠抑制噪聲。因此，除了電路部件的小型化以外，還能夠使噪聲濾波器等部件小型化或減少。
[0061](第I變形例)
[0062]圖4是示出本實(shí)用新型的第I實(shí)施方式的第I變形例的半導(dǎo)體模塊的結(jié)構(gòu)的圖。本變形例的半導(dǎo)體模塊10與圖1的半導(dǎo)體模塊10的不同點(diǎn)在于，第I半導(dǎo)體芯片2的源極端子間接地與芯片座I低電阻連接。第I半導(dǎo)體芯片2的源極端子直接經(jīng)由至少一條導(dǎo)線與引線端子LT(ST)低電阻連接，通過位于半導(dǎo)體模塊10的外部的布線圖案與芯片座I的第2主面BS連接。另外，第I半導(dǎo)體芯片2的源極端子也可以經(jīng)由引線端子LT(ST)和引線端子LT(ST/KT)而與芯片座I連接。
[0063](第2變形例)
[0064]圖5是示出本實(shí)用新型的第I實(shí)施方式的第2變形例的半導(dǎo)體模塊的結(jié)構(gòu)的圖。本變形例的半導(dǎo)體模塊10與圖1的半導(dǎo)體模塊的不同之處在于，將第I半導(dǎo)體芯片2的源極端子和第2半導(dǎo)體芯片3的陰極導(dǎo)出到密封樹脂MR的外部的結(jié)構(gòu)。本變形例的芯片座I經(jīng)由芯片座I的第2主面BS與位于半導(dǎo)體模塊10的外部的布線圖案連接，被導(dǎo)出到密封樹脂MR的外部。因此，第I半導(dǎo)體芯片2的源極端子和第2半導(dǎo)體芯片3的陰極不與任何一個(gè)的引線端子LT連接而經(jīng)由芯片座I與LED43連接。
[0065](第3變形例)
[0066]圖6是示出本實(shí)用新型的第I實(shí)施方式的第3變形例的半導(dǎo)體模塊的結(jié)構(gòu)的圖。本變形例的半導(dǎo)體模塊10與圖1的半導(dǎo)體模塊的不同之處在于，將第I半導(dǎo)體芯片2的源極端子和第2半導(dǎo)體芯片3的陰極導(dǎo)出到密封樹脂MR的外部的結(jié)構(gòu)。另外，半導(dǎo)體模塊10與圖1的半導(dǎo)體模塊的不同之處在于芯片座I和引線端子LT的形狀。芯片座I與至少一個(gè)引線端子LT(ST/KT) —體形成，第I半導(dǎo)體芯片2的源極端子和第2半導(dǎo)體芯片3的陰極經(jīng)由引線端子LT(ST/KT)與位于半導(dǎo)體模塊10的外部的布線圖案連接。
[0067](第4變形例)
[0068]圖7是示出本實(shí)用新型的第I實(shí)施方式的第4變形例的半導(dǎo)體模塊的結(jié)構(gòu)的圖。圖7a是本變形例的半導(dǎo)體模塊10的平面圖，圖7b是本變形例的第I半導(dǎo)體芯片2的剖視圖。本變形例的半導(dǎo)體模塊10與圖1的半導(dǎo)體模塊的不同之處在于，第I半導(dǎo)體芯片2的構(gòu)造、以及將第I半導(dǎo)體芯片2的源極端子和第2半導(dǎo)體芯片3的陰極導(dǎo)出到密封樹脂MR的外部的結(jié)構(gòu)。在第I半導(dǎo)體芯片2中，橫型柵控制型元件Ql的源電極S形成為從半導(dǎo)體襯底23的一個(gè)主面21朝向另一個(gè)主面22延伸，源電極S的底部設(shè)置在導(dǎo)電性襯底24內(nèi)。由于導(dǎo)電性襯底24的電位與源電極S的電位相等，因此第I半導(dǎo)體芯片2的源極端子不使用導(dǎo)線而直接與芯片座I低電阻連接。
[0069](第2實(shí)施方式)
[0070]圖8是示出本實(shí)用新型的第2實(shí)施方式的半導(dǎo)體模塊的結(jié)構(gòu)的圖。圖8a是本實(shí)施方式的半導(dǎo)體模塊10的平面圖，圖Sb是本實(shí)施方式的第I半導(dǎo)體芯片2的剖視圖，圖Sc是本實(shí)施方式的半導(dǎo)體模塊10的等效電路圖。本實(shí)施方式的半導(dǎo)體模塊10與第I實(shí)施方式的半導(dǎo)體模塊的不同之處在于，第I半導(dǎo)體芯片2的構(gòu)造、以及將第I半導(dǎo)體芯片2的柵極端子導(dǎo)出到密封樹脂MR的外部的結(jié)構(gòu)。
[0071]第I半導(dǎo)體芯片2包含由具有雙柵極構(gòu)造的橫型HEMT構(gòu)成的橫型柵控制型元件Ql。橫型柵控制型元件Ql具有源極端子ST、漏極端子DT、第I柵極端子(第I控制端子)GTl以及第2柵極端子(第2控制端子)GT2。第I和第2柵極端子GT1、GT2分別經(jīng)由至少一條導(dǎo)線而與分別不同的引線端子LT低電阻連接，被導(dǎo)出到密封樹脂MR的外部。
[0072]第I半導(dǎo)體芯片2包含由雙柵極型HEMT構(gòu)成的橫型柵控制型元件Q1，橫型柵控制型元件Ql具有形成在半導(dǎo)體襯底23上的源電極S、漏電極D、第I柵電極G1、第2柵電極G2。第I和第2柵電極G1、G2分別與第I和第2柵極端子GT1、GT2連接。橫型柵控制型元件Ql包含第I橫型柵控制型元件Qll和第2橫型柵控制型元件Q12。第I橫型柵控制型元件Ql I由源電極S和第I柵電極Gl構(gòu)成，第2橫型柵控制型元件Q12由第2柵電極Gl和漏電極D構(gòu)成。即，橫型柵控制型元件Ql可以視為兩個(gè)橫型柵控制型元件Ql 1、Q12彼此串聯(lián)連接、且省略了連接點(diǎn)的源極/漏極共通電極的元件。第I橫型柵控制型元件Qll連接在第2橫型柵控制型元件Q12與縱型整流元件Dl之間。橫型柵控制型元件Ql通過施加給第I和第2柵電極G1、G2的電壓來控制與一個(gè)主面21平行地流過半導(dǎo)體襯底23內(nèi)的電流。
[0073]第I柵電極Gl由Au等金屬構(gòu)成，在一個(gè)主面21中位于源電極S與漏電極D之間且設(shè)置成與源電極S和漏電極D分開。第2柵電極G2由Au等金屬構(gòu)成，在一個(gè)主面21上位于第I柵電極Gl與漏電極D之間且設(shè)置成與第I柵電極Gl和漏電極D分開。橫型柵控制型元件Ql根據(jù)分別施加在第I和第2柵電極Gl、G2的電壓來控制流過源電極S和漏電極D之間的電流。
[0074]圖9是示出本實(shí)用新型的第2實(shí)施方式的LED照明裝置的結(jié)構(gòu)的電路圖。本實(shí)施方式的LED照明裝置40與第I實(shí)施方式的半導(dǎo)體模塊的不同之處在于，半導(dǎo)體模塊1的結(jié)構(gòu)和對(duì)其進(jìn)行控制的控制電路44的結(jié)構(gòu)。半導(dǎo)體模塊10具有第I橫型柵控制型元件Qll和第2橫型柵控制型元件Q12，控制電路44構(gòu)成為對(duì)各橫型柵控制型元件Q11、Q12的柵極端子GT1、GT2輸出不同的驅(qū)動(dòng)信號(hào)。另外，為了便于說明，在圖9中，使用分別獨(dú)立的電路記號(hào)來記載第I橫型柵控制型元件Qll和第2橫型柵控制型元件Q12。
[0075]本實(shí)施方式的控制電路44具有電流檢測(cè)電路441、放大器442、基準(zhǔn)電壓443、緩沖電路446、448以及脈沖產(chǎn)生器447。電流檢測(cè)電路441對(duì)流過檢測(cè)電阻Rs的電流進(jìn)行檢測(cè)，將其輸出到放大器442的非反轉(zhuǎn)輸入端子。放大器442對(duì)連接到反轉(zhuǎn)輸入端子的基準(zhǔn)電壓443的電壓值與上述兩端電壓的誤差進(jìn)行放大，作為誤差信號(hào)經(jīng)由緩沖電路446輸出到第2橫型柵控制型元件Q12的柵極端子GT2。脈沖產(chǎn)生器447產(chǎn)生規(guī)定頻率脈沖，經(jīng)由緩沖電路448輸出到第I橫型柵控制型元件Ql I的柵極端子GTl?？刂齐娐?4根據(jù)脈沖產(chǎn)生器447的振蕩頻率對(duì)第I橫型柵控制型元件Qll進(jìn)行接通斷開(開關(guān))控制，以使得檢測(cè)電阻Rs的兩端電壓接近規(guī)定的電壓值，并且根據(jù)放大器442的誤差信號(hào)對(duì)第2橫型柵控制型元件Q12進(jìn)行模擬(線性)控制。另外，脈沖產(chǎn)生器447與第I實(shí)施方式同樣，可以置換為組合了比較器444和三角波產(chǎn)生器445的結(jié)構(gòu)。
[0076]在本實(shí)施方式的LED照明裝置40中，在第I橫型柵控制型元件Qll接通時(shí)，由第2橫型柵控制型元件Q12控制的電流被供給到扼流線圈LI。接著，當(dāng)?shù)贗橫型柵控制型元件Qll斷開時(shí)，在由扼流線圈L1、輸出電容器Cl以及縱型整流元件Dl構(gòu)成的電路環(huán)中流過電流。由于LED驅(qū)動(dòng)裝置42能夠使流過LED43的電流值接近規(guī)定的電流值，因此能夠?qū)ED43的亮度控制為恒定。
[0077]本實(shí)施方式的半導(dǎo)體模塊10除了能夠得到與第I實(shí)施方式的半導(dǎo)體模塊相同的作用效果以外，還能夠得到以下的作用效果。在橫型柵控制型元件Ql中，由于被模擬控制的第2橫型柵控制型元件Q12的第2柵電極G2配置在第I柵電極Gl與漏電極D之間，因此減少了被接通斷開控制的第I橫型柵控制型元件Qll的柵極/漏極間電容Cgd。因此，能夠進(jìn)一步提高LED驅(qū)動(dòng)裝置42的動(dòng)作頻率，有助于LED驅(qū)動(dòng)裝置42和LED照明裝置40的進(jìn)一步的小型化。
[0078]另外，由于橫型柵控制型元件Ql具有上述雙柵極構(gòu)造，因此與單獨(dú)設(shè)置第I和第2橫型柵控制型元件Q11、Q12的情況相比，在以下方面較為優(yōu)良。即，能夠利用單個(gè)芯片構(gòu)成第I半導(dǎo)體芯片2且能夠?qū)崿F(xiàn)小型化，能夠降低第I和第2橫型柵控制型元件Ql1、Q12之間的布線電感和布線阻抗。因此，本實(shí)施方式的半導(dǎo)體模塊10有助于LED驅(qū)動(dòng)裝置42和LED照明裝置40的進(jìn)一步的小型化、進(jìn)一步的高效化以及可靠性的提高。
[0079]另外，本實(shí)施方式的半導(dǎo)體模塊10也可以構(gòu)成為，對(duì)第I橫型柵控制型元件Qll進(jìn)行模擬控制，并且對(duì)第2橫型柵控制型元件Q12進(jìn)行接通斷開控制。
[0080](第I變形例)
[0081]圖10是示出本實(shí)用新型的第2實(shí)施方式的第I變形例的半導(dǎo)體模塊的結(jié)構(gòu)的圖。本變形例的半導(dǎo)體模塊10與圖8的半導(dǎo)體模塊的不同之處在于，具有第3半導(dǎo)體芯片4。第3半導(dǎo)體芯片4包含用于保護(hù)第I和第2柵極端子GT1、GT2的第I和第2保護(hù)元件ZD。第I和第2保護(hù)元件ZD均是形成在單個(gè)半導(dǎo)體芯片上的橫型齊納二極管，經(jīng)由導(dǎo)線連接在第I和第2柵極端子GT1、GT2與源極端子ST之間。第I和第2保護(hù)元件ZD可以形成在多個(gè)半導(dǎo)體芯片上，也可以是縱型元件構(gòu)造，也可以堆積或?qū)盈B在第I和第2半導(dǎo)體芯片2、3上，即使是任意構(gòu)造均能夠提高各柵極端子的ESD耐量。
[0082](第2變形例)
[0083]圖11是示出本實(shí)用新型的第2實(shí)施方式的第2變形例的第I半導(dǎo)體芯片的結(jié)構(gòu)的圖。本變形例的第I半導(dǎo)體芯片Ql與圖8b的第I半導(dǎo)體芯片的不同之處在于，在被模擬控制的第2橫型柵控制型元件Q12中，源電極S和第2柵電極G2之間的電位差恒定。第2柵電極G2被施加與源電極S相同的電位或者被施加高于源電極S的規(guī)定的電壓。S卩，第2柵電極G2與源電極S之間短接或者經(jīng)由虛線所示的恒壓源連接，第2控制電極G2的電位被高頻地固定。由于利用更加簡(jiǎn)易的結(jié)構(gòu)對(duì)本變形例的第2橫型柵控制型元件Q12進(jìn)行模擬控制，因此除了與第2實(shí)施方式的半導(dǎo)體模塊相同的作用效果以外，還能夠使控制電路44實(shí)現(xiàn)小型化。
[0084]如上所述，通過實(shí)施方式和變形例記載了本實(shí)用新型，但是不應(yīng)該理解為構(gòu)成該公開的一部分的論述和附圖限定本實(shí)用新型。根據(jù)該公開，本領(lǐng)域技術(shù)人員可知各種代替實(shí)施方式、實(shí)施例以及運(yùn)用技術(shù)。即，本實(shí)用新型當(dāng)然包含此處未記載的各種實(shí)施方式等。因此，根據(jù)上述說明，本實(shí)用新型的技術(shù)范圍僅由權(quán)利要求范圍的實(shí)用新型特定事項(xiàng)確定。例如，半導(dǎo)體模塊10不限于LED照明裝置40和LED驅(qū)動(dòng)裝置42，還可以應(yīng)用于電力轉(zhuǎn)換裝置等公知的開關(guān)電路，不限于升降壓型，還可以應(yīng)用于降壓斬波型開關(guān)電路的結(jié)構(gòu)。另外，半導(dǎo)體模塊10也可以是SIP (Single Inline Package:單列直插式封裝)構(gòu)造,只要在單個(gè)支承薄板上載置第I和第2半導(dǎo)體芯片，則也可以構(gòu)成為包含控制電路或保護(hù)電路等周邊部件。并且，單個(gè)支承薄板不限于方形的導(dǎo)電性金屬板，也可以由在絕緣板上形成有導(dǎo)電性布線圖案的任意形狀的薄板構(gòu)成。另外，構(gòu)成第I?第3半導(dǎo)體芯片2、3、4的半導(dǎo)體材料能夠從S1、SiC、GaN、C(金剛石)等任意的半導(dǎo)體材料中選擇。
【權(quán)利要求】
1.一種半導(dǎo)體模塊，其特征在于，該半導(dǎo)體模塊具有: 由導(dǎo)電性材料構(gòu)成的單個(gè)支承薄板； 包含橫型柵控制型元件的第I半導(dǎo)體芯片；以及 包含縱型整流元件的第2半導(dǎo)體芯片， 所述橫型柵控制型元件具有形成在所述第I半導(dǎo)體芯片的一個(gè)主面上的第I主端子、第2主端子以及控制端子， 所述縱型整流元件具有形成在所述第2半導(dǎo)體芯片的一個(gè)主面上的陽極和形成在所述第2半導(dǎo)體芯片的另一個(gè)主面上的陰極， 所述第I半導(dǎo)體芯片和所述第2半導(dǎo)體芯片固定在所述單個(gè)支承薄板上， 所述第I主端子與所述單個(gè)支承薄板低電阻連接， 所述陰極直接與所述單個(gè)支承薄板低電阻連接。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的半導(dǎo)體模塊，其特征在于， 所述橫型柵控制型元件具有彼此串聯(lián)連接的第I橫型柵控制型元件和第2橫型柵控制型元件， 所述第I橫型柵控制型元件具有第I控制端子， 所述第2橫型柵控制型元件具有第2控制端子， 所述第I控制端子和所述第2控制端子被施加彼此不同的第I控制電壓和第2控制電壓。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的半導(dǎo)體模塊，其特征在于， 所述第I橫型柵控制型元件被進(jìn)行接通斷開控制，所述第2橫型柵控制型元件被進(jìn)行模擬控制。
4.根據(jù)權(quán)利要求2所述的半導(dǎo)體模塊，其特征在于， 所述第2控制端子的電位被高頻地固定。
5.根據(jù)權(quán)利要求2所述的半導(dǎo)體模塊，其特征在于， 所述第I橫型柵控制型元件連接在所述第2橫型柵控制型元件與所述縱型整流元件之間。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的半導(dǎo)體模塊，其特征在于， 所述半導(dǎo)體模塊具有由導(dǎo)電性材料構(gòu)成的多個(gè)外部端子，所述單個(gè)支承薄板經(jīng)由所述多個(gè)外部端子中的至少一個(gè)外部端子或不經(jīng)由任何外部端子而與負(fù)載連接。
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的半導(dǎo)體模塊，其特征在于， 所述第I半導(dǎo)體芯片具有由GaN系半導(dǎo)體材料構(gòu)成的半導(dǎo)體襯底。
8.根據(jù)權(quán)利要求7所述的半導(dǎo)體模塊，其特征在于， 所述半導(dǎo)體襯底與所述第I主端子低電阻連接。
9.一種LED驅(qū)動(dòng)裝置，其特征在于，該LED驅(qū)動(dòng)裝置具有: 權(quán)利要求1至8中的任意一項(xiàng)所述的半導(dǎo)體模塊；以及 與所述單個(gè)支承薄板連接的扼流線圈和輸出電容器。
10.一種LED照明裝置，其特征在于，該LED照明裝置具有: 權(quán)利要求9所述的LED驅(qū)動(dòng)裝置；以及 與所述輸出電容器并聯(lián)連接的LED。
【文檔編號(hào)】H05B37/02GK204046866SQ201420367050
【公開日】2014年12月24日 申請(qǐng)日期:2014年7月3日 優(yōu)先權(quán)日:2013年7月5日
【發(fā)明者】巖渕昭夫, 吉江徹, 町田修, 田坂泰, 吉永充達(dá), 江原俊浩, 木村研吾 申請(qǐng)人:三墾電氣株式會(huì)社