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JP3386592B2 - Semiconductor device - Google Patents
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JP3386592B2 - Semiconductor device - Google Patents

Semiconductor device

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JP3386592B2
JP3386592B2 JP22606294A JP22606294A JP3386592B2 JP 3386592 B2 JP3386592 B2 JP 3386592B2 JP 22606294 A JP22606294 A JP 22606294A JP 22606294 A JP22606294 A JP 22606294A JP 3386592 B2 JP3386592 B2 JP 3386592B2
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    • H10SEMICONDUCTOR DEVICES; ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
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    • H10D18/00Thyristors
    • H10D18/80Bidirectional devices, e.g. triacs 

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  • Photo Coupler, Interrupter, Optical-To-Optical Conversion Devices (AREA)
  • Thyristors (AREA)
  • Light Receiving Elements (AREA)

Description

【発明の詳細な説明】Detailed Description of the Invention

【0001】[0001]

【産業上の利用分野】本発明は、半導体装置に係り、特
にダーリントン接続構造を有する双方向3端子サイリス
タに関するものである。
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a semiconductor device, and more particularly to a bidirectional 3-terminal thyristor having a Darlington connection structure.

【0002】[0002]

【従来の技術】双方向3端子サイリスタは、トライアッ
ク(TRIAC;triode AC switch,商品名)とも呼ば
れる。双方向に対称なスイッチング特性を示し、正負い
づれのゲート信号でもトリガでき交流の制御に適してい
る。図12及び図13は従来のトライアックのブロック
図である。図12は樹脂被覆された2つのブロックから
構成されており、図の左が入力側ブロック、右が出力側
ブロックである。各ブロックにはそれぞれ個別の半導体
素子がエポキシ樹脂などの樹脂で被覆されており、この
2つの半導体素子は、回路基板上に金属配線によって接
続されて1つの半導体装置(トライアック装置)として
使用される。左側の半導体素子はフォトカプラ2であ
り、発光ダイードLED22とフォトトライアック23
から構成され、これらは樹脂封止体21に被覆されてい
る。
2. Description of the Related Art A bidirectional three-terminal thyristor is also called a triac (TRIAC; triode AC switch, trade name). It exhibits bidirectionally symmetric switching characteristics, and can trigger even if the gate signal is unacceptable, making it suitable for AC control. 12 and 13 are block diagrams of a conventional triac. FIG. 12 is composed of two resin-coated blocks. The left side of the figure is the input side block, and the right side is the output side block. Each block has individual semiconductor elements covered with resin such as epoxy resin, and these two semiconductor elements are connected to the circuit board by metal wiring and used as one semiconductor device (triac device). . The semiconductor element on the left side is the photocoupler 2, which includes the light emitting diode 22 and the phototriac 23.
And is covered with the resin sealing body 21.

【0003】このフォトカプラ2は、入力端T1、T2
と出力端T3、T4を備えており、この出力端間の転流
時のdV/dt((dV/dt)c)耐量は10V/μ
s程度以上有る。右側の半導体素子はパワートライアッ
ク(TRIAC)1であり、フォトカプラ2の出力端T
4はトライアック1の入力(ゲート)端T5に接続さ
れ、フォトカプラ2の出力端T3は、トライアック1の
出力端T6に回路基板の金属配線によって接続されてい
る。トライアック1の前記出力端T6、T7間の(dV
/dt)c耐量は、フォトカプラ2とほぼ等しく、10
V/μs程度以上である。パワートライアック1は、エ
ポキシ樹脂などの樹脂封止体11によって被覆されてい
る。
The photocoupler 2 has input terminals T1 and T2.
And output terminals T3 and T4, the dV / dt ((dV / dt) c) withstanding capacity during commutation between the output terminals is 10 V / μ.
There are more than s. The semiconductor element on the right side is the power triac (TRIAC) 1 and the output terminal T of the photocoupler 2.
4 is connected to the input (gate) end T5 of the triac 1, and the output end T3 of the photocoupler 2 is connected to the output end T6 of the triac 1 by the metal wiring of the circuit board. Between the output terminals T6 and T7 of the triac 1 (dV
/ Dt) c tolerance is almost equal to that of the photocoupler 2, and 10
V / μs or more. The power triac 1 is covered with a resin sealing body 11 made of epoxy resin or the like.

【0004】図13は、2つの半導体素子を1つのブロ
ックに樹脂封止されたものである。入力側半導体素子
は、フォトカプラ2からなり、透明な樹脂封止体24に
封止されている。出力側半導体素子は、パワートライア
ック1から構成される。フォトカプラ2は、入力端T
1、T2を備え、パワートライアック1は、出力端T
3、T4を備えている。2つの半導体素子を1つの樹脂
封止体25に密閉したので、フォトカプラ2の出力端と
パワートライアック1のゲート端とを接続する外部配線
及びフォトカプラ2の出力端とパワートライアック1の
入力端とを接続する外部配線が不要になる。このトライ
アック装置は、パワーフォトカプラあるいは光結合AC
スイッチなどと呼ばれている。フォトカプラ2は発光ダ
イオードLED22とトライアック装置の駆動段である
フォトトライアック23から構成され、パワートライア
ック1は、トライアック装置の出力段を構成する。この
場合も、図12と同様に、フォトトライアックの(dV
/dt)c耐量とパワートライアックの(dV/dt)
c耐量とはともに10V/μs程度以上有る。図12及
び図13のトライアック半導体装置は、ともに駆動段と
出力段をダーリントン接続したダーリントン接続構造を
有している。
In FIG. 13, two semiconductor elements are resin-sealed in one block. The input side semiconductor element is composed of a photocoupler 2 and is sealed in a transparent resin sealing body 24. The output-side semiconductor element is composed of the power triac 1. The photocoupler 2 has an input end T
1 and T2, the power triac 1 has an output terminal T
3, equipped with T4. Since the two semiconductor elements are sealed in one resin encapsulant 25, the external wiring connecting the output end of the photocoupler 2 and the gate end of the power triac 1 and the output end of the photocoupler 2 and the input end of the power triac 1 are connected. No external wiring is required to connect to. This triac device is a power photo coupler or an optically coupled AC.
It is called a switch. The photocoupler 2 is composed of a light emitting diode LED22 and a phototriac 23 which is a driving stage of the triac device, and the power triac 1 constitutes an output stage of the triac device. Also in this case, as in FIG. 12, the photodriv (dV
/ Dt) c Withstand capacity and power triac (dV / dt)
The c-withstanding capability is about 10 V / μs or more. The triac semiconductor devices of FIGS. 12 and 13 both have a Darlington connection structure in which the driving stage and the output stage are Darlington connected.

【0005】[0005]

【発明が解決しようとする課題】フォトトライアック及
びパワートライアックはともに(dV/dt)c耐量と
して10V/μs程度を保証するためにいづれもベース
領域の少数キャリアのライフタイムを6〜9μs程度に
制御するようにしている。このためにフォトトライアッ
クのベース接地電流増幅率αpnp が低下してしまい、そ
の結果、光ゲート感度(IFT)が悪化している。その上
この光ゲート感度は、温度の依存性が著しく大きくな
る。図9は、光駆動型又は電気駆動型ダーリントン接続
構造のトライアック装置のゲート感度(IGT)の温度依
存性を示す特性図である。従来のトライアック装置の駆
動段のトライアック及び出力段のトライアックのベース
領域の少数キャリアのライフタイムは、ほぼ同程度にな
っている。この図の曲線Bは従来のトライアック装置の
特性を示している。曲線Bに示すようにそのゲート感度
は、温度依存性が大きく、とくに低温領域でその傾向が
顕著である。例えば、−40℃の光ゲート感度と25℃
の光ゲート感度との比をとると約3倍も変化しているこ
とが分かる(IFT(−40℃)/IFT(25℃)〜
3)。
In both the phototriac and the power triac, the lifetime of minority carriers in the base region is controlled to about 6 to 9 μs in order to guarantee a (dV / dt) c tolerance of about 10 V / μs. I am trying to do it. For this reason, the base ground current amplification factor αpnp of the phototriac is lowered, and as a result, the optical gate sensitivity (IFT) is deteriorated. Moreover, this optical gate sensitivity is significantly temperature dependent. FIG. 9 is a characteristic diagram showing the temperature dependence of the gate sensitivity (IGT) of the triac device of the optically driven or electrically driven Darlington connection structure. The lifetimes of the minority carriers in the base region of the drive stage triac and the output stage triac of the conventional triac device are almost the same. Curve B in this figure shows the characteristics of a conventional triac device. As shown by the curve B, the gate sensitivity has a large temperature dependency, and the tendency is particularly remarkable in the low temperature region. For example, optical gate sensitivity of -40 ℃ and 25 ℃
It can be seen that the ratio with the optical gate sensitivity of is changed by about 3 times (IFT (-40 ° C) / IFT (25 ° C) ~
3).

【0006】その結果LEDに流す、例えば、10mA
程度の微少なLED電流(IF )では−40℃という低
温での安定な動作ができなくなる。そこで、従来は低温
でフォトトライアックを動作させる場合には、LED電
流として、例えば8mA程度の常温IFT規格の3倍から
4倍の電流を流す必要がある。そのため制御側ロジック
回路からの出力電流だけでは不十分で別にLEDドライ
ブ回路が必要だった。また、図8は、電気駆動型ダーリ
ントン接続構造のトライアック装置の(dV/dt)c
耐量とゲート感度(IGT)との関係(トレードオフ)を
示している。図の実線Bに示すようにゲート感度(IG
T)を小さくするとそれにつれて(dV/dt)c耐量
も小さくなる。このトライアック装置の駆動段のトライ
アック及び出力段のトライアックのベース領域の少数キ
ャリアのライフタイムがほぼ同程度になっている。本発
明は、この様な事情によりなされたものであり、光ゲー
ト感度又はゲート感度を大幅に向上させることによりL
EDドライブ電流又はゲートドライブ電流を低減させる
と共に特別なドライブ回路を不要にするトライアックを
備えた半導体装置を提供することを目的にしている。
As a result, the current flowing to the LED is, for example, 10 mA.
With a very small LED current (IF), stable operation at a low temperature of -40 ° C cannot be achieved. Therefore, conventionally, when operating the phototriac at a low temperature, it is necessary to flow an LED current of, for example, about 8 mA, which is 3 to 4 times as high as the normal temperature IFT standard. Therefore, the output current from the control side logic circuit is not enough and an LED drive circuit is required separately. Further, FIG. 8 shows (dV / dt) c of the triac device having an electrically driven Darlington connection structure.
The relationship (trade-off) between the withstand capacity and the gate sensitivity (IGT) is shown. As shown by the solid line B in the figure, the gate sensitivity (IG
The smaller (T) is, the smaller (dV / dt) c tolerance is. The lifetimes of minority carriers in the base regions of the drive stage triac and the output stage triac of this triac device are almost the same. The present invention has been made under such circumstances, and it is possible to improve the optical gate sensitivity or the gate sensitivity by a large amount.
It is an object of the present invention to provide a semiconductor device having a triac that reduces an ED drive current or a gate drive current and does not require a special drive circuit.

【0007】[0007]

【課題を解決するための手段】本発明は、駆動段のトラ
イアックと出力段のトライアックをダーリントン接続構
造にした半導体装置において、出力段のトライアックの
ベース領域における少数キャリアのライフタイムを所定
の値にし、駆動段のトライアックのベース領域における
少数キャリアのライフタイムを前記所定の値より大きく
することに特徴がある。すなわち、本発明の半導体装置
は、入力端子、出力端子及びゲート端子を有し、駆動段
として用いられる第1のトライアックと、入力端子、出
力端子及びゲート端子を有し、出力段として用いられる
第2のトライアックとを備え、前記第1のトライアック
の出力端子を前記第2のトライアックのゲート端子に接
続したダーリントン接続構造を有しており、前記第2の
トライアックのベース領域内における少数キャリアのラ
イフタイムは所定の長さを有し、前記第1のトライアッ
クのベース領域内におけるライフタイムは、前記所定の
長さよりも長いことを特徴とする。
According to the present invention, in a semiconductor device in which a drive stage triac and an output stage triac have a Darlington connection structure, a minority carrier lifetime in a base region of the output stage triac is set to a predetermined value. The lifetime of minority carriers in the base region of the drive stage triac is set to be larger than the predetermined value. That is, the semiconductor device of the present invention has a first triac having an input terminal, an output terminal and a gate terminal and used as a drive stage, and a first triac having an input terminal, an output terminal and a gate terminal and used as an output stage. 2 triacs, and has a Darlington connection structure in which the output terminal of the first triac is connected to the gate terminal of the second triac, and the life of minority carriers in the base region of the second triac. The time has a predetermined length, and the lifetime in the base region of the first triac is longer than the predetermined length.

【0008】前記第1のトライアックの出力端子と第2
のトライアックのゲート端子との間にさらに抵抗成分を
接続するようにしても良い。前記第1のトライアック
は、光信号によりゲートトリガされるようにしても良
い。前記第1のトライアックのベース領域内における少
数キャリアのライフタイムは、7μsより大きく12μ
sより小さくし、前記第2のトライアックのベース領域
内における少数キャリアのライフタイムの前記所定の長
さは、4μs乃至10μsの範囲の値の中から選択され
るようにしても良い。前記第1及び第2のトライアック
のベース領域にはライフタイム制御のための電子線が照
射されており、前記第2のトライアックのベース領域に
は所定量の電子線が照射され、その所定量が2×1012
電子/cm2以上である場合において、前記第1のトラ
イアックのベース領域に照射される電子線の量は、5×
1011電子/cm2 以下であるようにしても良い。
The output terminal of the first triac and the second terminal
A resistance component may be further connected to the gate terminal of the triac. The first triac may be gate triggered by an optical signal. The minority carrier lifetime in the base region of the first triac is greater than 7 μs and 12 μs.
The predetermined length of the minority carrier lifetime in the base region of the second triac may be selected from values in the range of 4 μs to 10 μs. The base regions of the first and second triacs are irradiated with an electron beam for lifetime control, and the base regions of the second triac are irradiated with a predetermined amount of electron beams. 2 x 10 12
When the number of electrons / cm 2 or more, the amount of the electron beam applied to the base region of the first triac is 5 ×.
It may be 10 11 electrons / cm 2 or less.

【0009】[0009]

【作用】駆動段のトライアックと出力段のトライアック
をダーリントン接続構造にした半導体装置において、出
力段のトライアックのベース領域における少数キャリア
のライフタイムを従来と同程度の所定値にしておき、駆
動段のトライアックの前記ライフタイムを前記所定の値
より大きくすることにより、(dV/dt)c耐量を大
きくしてもゲート感度を向上させることができ、また低
温領域でも十分使用に耐える程度にゲート感度を向上し
たことに特徴がある。
In the semiconductor device in which the drive stage triac and the output stage triac have the Darlington connection structure, the lifetime of the minority carriers in the base region of the output stage triac is set to a predetermined value which is the same as the conventional value, and the drive stage By making the lifetime of the triac larger than the predetermined value, the gate sensitivity can be improved even if the (dV / dt) c withstand capability is increased, and the gate sensitivity is sufficiently high to withstand use even in a low temperature region. It is characterized by the improvement.

【0010】[0010]

【実施例】以下、図面を参照して本発明の実施例を説明
する。まず、図1、図2を参照して第1の実施例を説明
する。図1の半導体装置は、光駆動型トライアック装置
の断面図であり、この装置を構成する3つの半導体素子
は1つのブロックに樹脂封止されている。図2は、図1
のフォトカプラ2部分の断面図である。入力側半導体素
子は、フォトカプラ2からなり、シリコーン樹脂などの
透光性樹脂封止体24に封止されている。そして出力側
半導体素子は、例えば、シリコンチップなどからなるパ
ワートライアック1から構成される。フォトカプラ2
は、例えば、ガリウム砒素半導体などからなる発光ダイ
オードLED22とトライアック装置の駆動段である、
例えば、シリコンチップなどからなるフォトトライアッ
ク23から構成され、パワートライアック1は、トライ
アック装置の出力段を構成する。これらの樹脂封止され
る半導体素子は、リードフレーム5から形成されたダイ
パッドに搭載されている。
Embodiments of the present invention will be described below with reference to the drawings. First, a first embodiment will be described with reference to FIGS. The semiconductor device of FIG. 1 is a cross-sectional view of a light-driven triac device, and three semiconductor elements forming the device are resin-sealed in one block. 2 is shown in FIG.
3 is a cross-sectional view of a photo coupler 2 portion of FIG. The input side semiconductor element is composed of a photocoupler 2 and is sealed in a translucent resin sealing body 24 such as a silicone resin. The output semiconductor element is composed of the power triac 1 made of, for example, a silicon chip. Photo coupler 2
Is the drive stage of the triac device and the light emitting diode LED22 made of, for example, gallium arsenide semiconductor,
For example, the power triac 1 is composed of a phototriac 23 composed of a silicon chip, and the power triac 1 constitutes an output stage of the triac device. These resin-sealed semiconductor elements are mounted on a die pad formed from the lead frame 5.

【0011】出力段のパワートライアック1は、出力端
子T4が連続的に接続されたダイパッド51に接着剤な
どで接着されている。もう一方の出力端子T3は、リー
ドフレーム5の他の部分とは独立している。フォトカプ
ラ2を構成する駆動段のフォトトライアック23は、外
部端子T5が連続的に接続されたダイパッド52に接着
剤などで接着されている。また、LED22は、入力端
子T1が連続的に接続されたダイパッド53に接着剤で
接着されている。入力端子T2は、リードフレーム5の
他の部分とは独立している。端子間、チップ間もしくは
チップ/端子間等はAuなどの金属細線3で接続されて
いる。パワートライアック1と出力端子T3は、アルミ
ニウム線4で接続されている。フォトトライアック23
の出力端子とパワートライアック1のゲート電極は、A
u細線3で接続されている。図2に示すように、ダイパ
ッド52、53は、同一平面上に平坦に配置され、これ
らの上に搭載されているLED22の発光面とフォトト
ライアック23の受光面はいづれも所定の距離をおいて
上を向いている。これらダイパッド52、53を含めて
LED22とフォトトライアック23とは、シリコーン
樹脂などの透光性樹脂封止体24に被覆されており、こ
の封止体24は、光路として用いられる。
The power triac 1 at the output stage is adhered to the die pad 51 to which the output terminal T4 is continuously connected with an adhesive or the like. The other output terminal T3 is independent of the other parts of the lead frame 5. The drive-stage phototriac 23 constituting the photocoupler 2 is adhered to the die pad 52 to which the external terminals T5 are continuously connected by an adhesive agent or the like. Further, the LED 22 is adhered with an adhesive to the die pad 53 to which the input terminals T1 are continuously connected. The input terminal T2 is independent of the other parts of the lead frame 5. Between the terminals, between the chips, or between the chips / terminals, etc. are connected by a thin metal wire 3 such as Au. The power triac 1 and the output terminal T3 are connected by an aluminum wire 4. Phototriac 23
The output terminal and the gate electrode of the power triac 1 are A
It is connected by a u thin wire 3. As shown in FIG. 2, the die pads 52 and 53 are arranged flat on the same plane, and the light emitting surface of the LED 22 and the light receiving surface of the phototriac 23 mounted on the die pads 52 and 53 have a predetermined distance. Looking up. The LED 22 and the phototriac 23 including the die pads 52 and 53 are covered with a translucent resin encapsulant 24 such as a silicone resin, and the encapsulant 24 is used as an optical path.

【0012】透光性樹脂封止体24は、エポキシ樹脂な
どの樹脂封止体25によって被覆されている。LED2
2の発光面から発光した光は、透光性樹脂封止体24の
界面で反射されフォトトライアック23の受光面に上か
ら入射する。したがって透光性樹脂封止体24は、反射
鏡の役割をするので、反射面は効率の良い反射が行われ
るような曲率にすることが有利である。フォトトライア
ック23は、ラテラル型で、パワートライアック1は、
バーテイカル型であり、両者は、ダーリントン接続され
ている。フォトカプラ2は、入力端T1、T2を備え、
パワートライアック1は、出力端T3、T4を備えてい
る。2つの半導体素子を1つのエポキシ樹脂などの樹脂
封止体25に密閉したので、フォトトライアック23の
出力端とパワートライアック1のゲート端とを接続する
外部配線及びフォトカプラ2の出力端とパワートライア
ック1の入力端とを接続する外部配線が不要になる。こ
のトライアック装置は、パワーフォトカプラあるいは光
結合ACSスイッチなどと呼ばれている。この場合も、
図12と同様に、フォトトライアックの(dV/dt)
c耐量とパワートライアックの(dV/dt)c耐量と
はともに10V/μs程度以上有る。
The transparent resin encapsulant 24 is covered with a resin encapsulant 25 such as an epoxy resin. LED2
The light emitted from the second light emitting surface is reflected on the interface of the light-transmitting resin encapsulant 24 and enters the light receiving surface of the phototriac 23 from above. Therefore, the translucent resin encapsulant 24 plays the role of a reflecting mirror, and it is advantageous that the reflecting surface has a curvature that allows efficient reflection. The photo triac 23 is a lateral type, and the power triac 1 is
It is a vertical type, and both are connected to Darlington. The photocoupler 2 includes input terminals T1 and T2,
The power triac 1 has output terminals T3 and T4. Since the two semiconductor elements are sealed in one resin encapsulant 25 such as an epoxy resin, the external wiring connecting the output end of the phototriac 23 and the gate end of the power triac 1 and the output end of the photocoupler 2 and the power triac are connected. No external wiring is required to connect to the input terminal of 1. This triac device is called a power photo coupler or an optical coupling ACS switch. Also in this case,
Similar to Fig. 12, the phototriac (dV / dt)
Both the c withstand capability and the (dV / dt) c withstand capability of the power triac are about 10 V / μs or more.

【0013】図12及び図13のトライアック半導体装
置は、ともに駆動段と出力段をダーリントン接続したダ
ーリントン接続構造を有しており、これら従来のダーリ
ントン接続構造のトライアック装置は、(dV/dt)
c耐量を10V/μs程度を保証するようにしている。
そのために駆動段のフォトトライアックと出力段のパワ
ートライアックのベース領域における少数キャリアのラ
イフタイムはともに7μsec程度であった。これに対
し、図1に示すこの実施例の場合は、パワートライアッ
クのベース領域における少数キャリアのライフタイム
は、従来と同様に7μsecであるが、フォトトライア
ックの前記ライフタイムは、12μsec程度に長くし
ている。前記ライフタイムをこの様に長くすることによ
ってαpnpを増大させて高感度化を実現させている。本
発明では、これらのトライアックのベース領域における
少数キャリアのライフタイムをコントロールするために
は、そのベース領域に、例えば、電子線照射(EBI;
Electron Beam Irradiation )技術を用いる。その他の
コントロール法としては、プロトン照射、Au、Ptな
どの重金属注入、He線照射などの諸技術を利用するこ
とができる。
The triac semiconductor devices of FIGS. 12 and 13 both have a Darlington connection structure in which the driving stage and the output stage are Darlington connected. These conventional triac devices of the Darlington connection structure are (dV / dt).
The c withstand amount is guaranteed to be about 10 V / μs.
Therefore, the lifetimes of the minority carriers in the base regions of the drive stage phototriac and the output stage power triac were both about 7 μsec. On the other hand, in the case of this embodiment shown in FIG. 1, the lifetime of minority carriers in the base region of the power triac is 7 μsec as in the conventional case, but the lifetime of the phototriac is increased to about 12 μsec. ing. By increasing the lifetime in this way, αpnp is increased and high sensitivity is realized. In the present invention, in order to control the lifetime of minority carriers in the base region of these triacs, for example, electron beam irradiation (EBI;
Electron Beam Irradiation) technology is used. As other control methods, various techniques such as proton irradiation, injection of heavy metals such as Au and Pt, and He-ray irradiation can be used.

【0014】ここで、トライアックの内部構造とそこに
照射される電子線の照射方法について図3乃至図5を参
照しながら説明する。図3は、バーティカル型トライア
ックの断面図であり、図1に示す出力段のパワートライ
アック1に相当する。図4は、ラテラル型トライアック
の平面図であり、図1に示す駆動段のフォトトライアッ
ク23に相当する。図5は、図4のA−A′線に沿う部
分の断面図である。図3に示すバーティカル型トライア
ックはシリコン半導体基板のnベース領域NBとその上
下に形成された第1のpベース領域PB1及び第2のp
ベース領域PB2を備えている。この半導体基板の第1
の主面に形成された第1のpベース領域PB1にはnゲ
ート領域NGと第1のnエミッタ領域NE1が形成さ
れ、その第2の主面に形成された第2のpベース領域P
B2には第2のnエミッタ領域NE2が形成されてい
る。ゲート領域NGには電極を介してゲート端子(G端
子)、第1のnエミッタ領域NE1には電極を介して第
1端子(T1端子)、第2のnエミッタ領域NE2には
電極を介して第2端子(T2端子)がそれぞれ取付けら
れている。図1のパワートライアックを対比すると、第
1端子はT3端子に相当し、第2端子はT4端子に相当
する。
The internal structure of the triac and the method of irradiating the electron beam with which the triac is irradiated will be described with reference to FIGS. 3 to 5. FIG. 3 is a cross-sectional view of the vertical type triac and corresponds to the power triac 1 of the output stage shown in FIG. FIG. 4 is a plan view of the lateral type triac, which corresponds to the phototriac 23 of the drive stage shown in FIG. FIG. 5 is a sectional view of a portion taken along the line AA ′ in FIG. The vertical type triac shown in FIG. 3 includes an n base region NB of a silicon semiconductor substrate, a first p base region PB1 and a second p base region PB1 formed above and below the n base region NB.
The base region PB2 is provided. First of this semiconductor substrate
An n gate region NG and a first n emitter region NE1 are formed in the first p base region PB1 formed on the main surface of the first p base region PB1, and a second p base region P formed on the second main surface thereof.
A second n emitter region NE2 is formed in B2. A gate terminal (G terminal) is provided to the gate region NG via an electrode, a first terminal (T1 terminal) is provided to the first n emitter region NE1 via an electrode, and a second n emitter region NE2 is provided via an electrode. The second terminals (T2 terminals) are attached respectively. When the power triac shown in FIG. 1 is compared, the first terminal corresponds to the T3 terminal and the second terminal corresponds to the T4 terminal.

【0015】図3及び図4に示すフォトトライアック
は、ラテラル型であり、nシリコン半導体基板10は
ベース領域NBから構成されている。この半導体
基板の主面には、第1のアノード領域PA1と第2のア
ノード領域PA2が形成され、これらに隣接して第1の
pベース領域PB1及び第2のpベース領域PB2が形
成されている。また、第1及び第2のpベース領域PB
1、PB2には、それぞれ第1及び第2のnエミッタ領
域NE1、NE2が形成されている。これら領域の上に
絶縁膜20を介して各領域を外部と接続するAl配線が
形成されている。Al配線30は、第1のpベース領域
PB1に接続され、Al配線31は、第2のアノード領
域PA2と第1のnエミッタ領域NE1とを電気的に接
続するように配線され、Al配線32は、第1のアノー
ド領域PA1と第2のnエミッタ領域NE2とを電気的
に接続するように配線され、Al配線32は、第2のp
ベース領域PB2に接続されている。Al配線30、3
1は、例えば、ポリシリコンなどの抵抗40によって接
続され、Al配線32、33は、例えば、ポリシリコン
などの抵抗41によって接続されている。
The phototriac shown in FIGS. 3 and 4 is of a lateral type, and the n silicon semiconductor substrate 10 is composed of an n base region NB . A first anode region PA1 and a second anode region PA2 are formed on the main surface of the semiconductor substrate, and a first p base region PB1 and a second p base region PB2 are formed adjacent to them. There is. In addition, the first and second p base regions PB
First and second n-emitter regions NE1 and NE2 are formed in the first and second PB2, respectively. An Al wiring is formed on these regions to connect each region to the outside through an insulating film 20. The Al wiring 30 is connected to the first p base region PB1, the Al wiring 31 is wired so as to electrically connect the second anode region PA2 and the first n emitter region NE1, and the Al wiring 32. Is wired so as to electrically connect the first anode region PA1 and the second n emitter region NE2, and the Al wiring 32 is connected to the second p region.
It is connected to the base region PB2. Al wiring 30, 3
For example, 1 is connected by a resistor 40 such as polysilicon, and Al wirings 32 and 33 are connected by a resistor 41 such as polysilicon.

【0016】このフォトトライアックを図1のダーリン
トン接続構造のトライアック装置に適用するに際して駆
動段のトライアックに用いられ、その第1端子(T1端
子)及び第2端子(T2端子)は1つは出力段のトライ
アックのゲートに接続され、他方は、出力端子T4に接
続される。このような構成のフォトトライアックにおい
て、T1端子に高電圧、T2端子に低電圧が印加され
ているときは、LEDから光が半導体基板に入ると、電
流は、T1→PA1→NB→PB1→NE1→T2の
経路で流れる。また、T1端子に低電圧、T2端子に
高電圧が印加されていると、電流は、T2→PA2→N
→PB2→NE2→T1と流れる。電子線照射は、
半導体基板のベース領域の少数キャリアのライフタイム
制御のために行われるのであるが、電子線はシリコンに
対する貫徹力が強いので、半導体基板全体に電子線を照
射してベース領域の少数キャリアのライフタイムをコン
トロールしている。したがって、図3の半導体基板の場
合も、図4及び図5の半導体基板の場合も電子線はその
全面に照射される。
When this phototriac is applied to the triac device having the Darlington connection structure of FIG. 1, it is used for a triac of a driving stage, and one of its first terminal (T1 terminal) and second terminal (T2 terminal) is an output stage. Is connected to the gate of the triac, and the other is connected to the output terminal T4. In the photo triac having such a configuration, the high voltage to the terminal T1, when the low voltage is applied to the terminal T2, the light from the LED enters the semiconductor substrate, current, T1 → PA1 → NB - → PB1 → It flows in the route of NE1 → T2. When a low voltage is applied to the T1 terminal and a high voltage is applied to the T2 terminal, the current is T2 → PA2 → N.
B - → flows PB2 → NE2 → T1. Electron beam irradiation,
This is done to control the lifetime of minority carriers in the base region of the semiconductor substrate, but since the electron beam has a strong penetrating power to silicon, the lifetime of minority carriers in the base region is irradiated by irradiating the entire semiconductor substrate with an electron beam. Are controlling. Therefore, in the case of the semiconductor substrate shown in FIG. 3 and the case of the semiconductor substrate shown in FIGS. 4 and 5, the electron beam is applied to the entire surface.

【0017】図12に従来のトライアック装置のダーリ
ントン接続回路に、ターンオン時において各トライアッ
クに流れる電流を示し、図14にその時の各電流の様子
を示す。図14は、図12に示すダーリントン接続構造
のトライアック装置のオン信号入力時からt時間までの
電流波形図である。縦軸にトライアック装置内に流れる
電流(i)、横軸に信号が入ってからの時間を示してい
る。示されている電流は、LED22に供給される電流
IF 、駆動段のフォトトライアック23からパワートラ
イアック1に流れる電流i1 、すなわち、フォトトライ
アック23の出力端子T4からパワートライアック1の
ゲート端子T5に流れる電流i1 及びパワートライアッ
ク1の出力端T7から外部に流れる電流i2 である。光
駆動型トライアック装置をターンオンするためには、発
光ダイオードLED22に、例えば、10mAの電流I
F を流す。この電流IF がLED22に流れると、フォ
トトライアック23がオンして電流i1 が流れる。そし
て、この電流i1 がパワートライアック1の駆動電流I
GTに達するとパワートライアック1がオン状態になり、
電流i2 が流れ出す。この時電流i1 は、フォトトライ
アック23の出力端T4からパワートライアック1の入
力端T5に流れる。
FIG. 12 shows the current flowing through each triac at turn-on in the Darlington connection circuit of the conventional triac device, and FIG. 14 shows the state of each current at that time. FIG. 14 is a current waveform diagram from the time when the ON signal is input to the time t in the triac device having the Darlington connection structure shown in FIG. The vertical axis shows the current (i) flowing in the triac device, and the horizontal axis shows the time after the signal is input. The currents shown are the current IF supplied to the LED 22, the current i1 flowing from the drive stage phototriac 23 to the power triac 1, that is, the current flowing from the output terminal T4 of the phototriac 23 to the gate terminal T5 of the power triac 1. i1 and current i2 flowing from the output terminal T7 of the power triac 1 to the outside. In order to turn on the light-driven triac device, the light emitting diode LED22 is supplied with a current I of, for example, 10 mA.
Flow F. When this current IF flows through the LED 22, the phototriac 23 turns on and a current i1 flows. This current i1 is the drive current I of the power triac 1.
When the GT is reached, the power triac 1 is turned on,
The current i2 starts to flow. At this time, the current i1 flows from the output end T4 of the phototriac 23 to the input end T5 of the power triac 1.

【0018】電流i1 は、パワートライアック1の出力
端T6→フォトトライアック23の出力端T3→フォト
トライアック23の出力端T4→パワートライアック1
のゲート端T5→パワートライアック1の出力端T7と
流れるよりも、パワートライアック1の出力端T6→出
力端T7と流れた方が電位降下が小さいので、電流i2
が流れ始めたと同時に、流れなくなる(図14参照)。
なぜなら、後者の流れの方がエミッタ−ベース接合が1
つ少なく、また、パワートライアック1の順方向電圧降
下VF がフォトトライアック23の順方向電圧降下VF
よりも小さいからである。したがって、このパワートラ
イアックが転流動作に入った時には、駆動段のフォトト
ライアックには電流はすでに流れておらず、(dV/d
t)c耐量上問題となる少数キャリアのベース領域内で
の蓄積は、駆動段のフォトトライアック23では発生し
ていない。すなわちダーリントン接続トライアック装置
の(dV/dt)c耐量は通常パワートライアック1の
(dV/dt)c耐量で決定される。したがって、ダー
リントン接続構造では、駆動段のトライアックの(dV
/dt)c耐量を上げるためにそのベース領域の少数キ
ャリアのライフタイムを下げてもIGT又はIFTが増加す
るのみでダーリントン接続構造のトライアック装置の
(dV/dt)c耐量には変化はない。
The current i1 is output from the output end T6 of the power triac 1 to the output end T3 of the phototriac 23 to the output end T4 of the phototriac 23 to the power triac 1.
Since the potential drop is smaller when flowing from the gate end T5 of the power triac 1 to the output end T7 of the power triac 1 than from the output end T7 of the power triac 1, the current i2
At the same time that the flow started, the flow stopped (see FIG. 14).
This is because the latter flow has 1 emitter-base junction.
In addition, the forward voltage drop VF of the power triac 1 is the forward voltage drop VF of the phototriac 23.
Because it is smaller than. Therefore, when the power triac enters the commutation operation, no current has already flowed in the phototriac of the driving stage, and (dV / d
t) c Accumulation of minority carriers in the base region, which is a problem in terms of withstanding capability, does not occur in the phototriac 23 in the driving stage. That is, the (dV / dt) c withstand capability of the Darlington connection triac device is normally determined by the (dV / dt) c withstand capability of the power triac 1. Therefore, in the Darlington connection structure, (dV of the drive stage triac is
Even if the lifetime of minority carriers in the base region is lowered to increase the / dt) c withstand capability, IGT or IFT only increases, and the (dV / dt) c withstand capability of the triac device having the Darlington connection structure does not change.

【0019】次に、図6及至図9を参照して第2の実施
例を説明する。図6は、電気駆動型トライアック装置の
平面図、図7は、その等価回路図である。この電気駆動
型トライアック装置を構成する2つの半導体素子1、6
は1つのブロックに樹脂封止されている。入力側半導体
素子6は、駆動段のトライアックチップからなる。出力
側半導体素子1は、例えば、シリコンチップなどからな
るパワートライアックチップから構成される。これらの
半導体素子1、6は、リードフレーム5に取り付けられ
ている。出力段のパワートライアック1は、入力端子T
2が連続的に接続されたダイパッド54に接着剤などで
接着されている。出力端子T1及びゲート端子は、リー
ドフレーム5の他の部分とは独立している。ダイパッド
54には駆動段のトライアック6が接着剤などで接着さ
れている。端子間、半導体素子間もしくは半導体素子/
端子間等はAuなどの金属細線3で接続されている。パ
ワートライアック1と出力端子T1とは、アルミニウム
線4で接続されている。駆動段のトライアック6の出力
端子とパワートライアック1のゲート電極は、Au細線
3で接続されている。
Next, a second embodiment will be described with reference to FIGS. FIG. 6 is a plan view of the electrically driven triac device, and FIG. 7 is an equivalent circuit diagram thereof. Two semiconductor elements 1 and 6 that constitute the electrically driven triac device
Is resin-sealed in one block. The input-side semiconductor element 6 is composed of a drive stage triac chip. The output side semiconductor element 1 is composed of, for example, a power triac chip made of a silicon chip or the like. These semiconductor elements 1 and 6 are attached to the lead frame 5. The power triac 1 at the output stage has an input terminal T
2 are adhered to the die pad 54, which is continuously connected, with an adhesive or the like. The output terminal T1 and the gate terminal are independent of the other parts of the lead frame 5. The drive stage triac 6 is bonded to the die pad 54 with an adhesive or the like. Between terminals, between semiconductor elements or semiconductor element /
The terminals and the like are connected by a thin metal wire 3 such as Au. The power triac 1 and the output terminal T1 are connected by an aluminum wire 4. The output terminal of the drive stage triac 6 and the gate electrode of the power triac 1 are connected by an Au thin wire 3.

【0020】半導体素子1、6、Au線3、Al線4、
ダイパッド54および端子T1、T2、T3等は、エポ
キシ樹脂などの樹脂封止体25によって被覆されてい
る。このようなダイパッド54に搭載するトライアック
としては駆動段として定格電流が数100mA程度の小
さなトライアック6を用い、出力段として3A〜16A
程度の定格電流の大きいトライアック1を用いる。駆動
段のトライアック6と、パワートライアック1とは、ダ
ーリントン接続されている(図7参照)。2つのトライ
アックを用いても機能的には1つのトライアック装置を
構成している。このトライアック装置のT1端子、T2
端子、G端子は、それぞれ出力端子T1、入力端子T
2、ゲート端子T3がそれらに相当する。このトライア
ック装置の端子T1、T2間で高い(dV/dt)c耐
量を保証したままで高感度にするために、出力段のパワ
ートライアック1のベース領域の少数キャリアのライフ
タイムτ2を従来のトライアックと同程度の7μsec
にし、駆動段のトライアック6のベース領域の少数キャ
リアのライフタイムτ1を従来より大きく12μsec
程度にしている。その結果、トライアック6のαpnp を
増大させ高感度化を実現させている。
Semiconductor elements 1 and 6, Au wire 3, Al wire 4,
The die pad 54 and the terminals T1, T2, T3, etc. are covered with a resin encapsulant 25 such as an epoxy resin. As a triac mounted on such a die pad 54, a small triac 6 having a rated current of about several hundred mA is used as a drive stage, and 3A to 16A as an output stage.
A triac 1 having a large rated current is used. The drive stage triac 6 and the power triac 1 are Darlington connected (see FIG. 7). Even if two triacs are used, one triac device is functionally configured. T1 terminal, T2 of this triac device
The terminal and the G terminal are the output terminal T1 and the input terminal T, respectively.
2. The gate terminal T3 corresponds to them. In order to maintain high (dV / dt) c tolerance between the terminals T1 and T2 of this triac device while maintaining high sensitivity, the lifetime τ2 of minority carriers in the base region of the power triac 1 at the output stage is set to the conventional triac. 7 μsec, which is the same as
And the lifetime τ1 of minority carriers in the base region of the triac 6 in the drive stage is set to 12 μsec, which is larger than that of the conventional one.
It is about. As a result, the αpnp of the triac 6 is increased and high sensitivity is realized.

【0021】しかし、ダーリントン接続のトライアック
装置において、駆動段のトライアックの前記ライフタイ
ムを長くしていくと、次第に駆動段のトライアックの順
方向電圧降下VF が下がり、駆動段側にもわずかながら
電流が流れたままとなり、トライアック装置全体の(d
V/dt)c耐量は、駆動段側の(dV/dt)c耐量
で決定される領域に入ってくる。図8のライフタイムτ
1=13μsec時がこれに相当する動作モードであ
る。図8は、前述の傾向を説明する(dV/dt)c耐
量のゲート感度(IGT)依存性を説明する特性図であ
り、縦軸に(dV/dt)c耐量(V/μsec)、横
軸にゲート感度(IGT)(μA)を示している。この図
において、点線Aは、この実施例のダーリントン接続の
トライアック装置の(dV/dt)c耐量−IGT曲線で
あり、実線Bは、従来のダーリントン接続のトライアッ
ク装置の(dV/dt)c耐量−IGT曲線である。この
図に示されているように前記従来のトライアック装置で
は、(dV/dt)c耐量を30V/μs以上とすると
ゲート感度(IGT)は、250μA以上になってしまう
(実線B)。
However, in the Darlington-connected triac device, when the lifetime of the drive stage triac is lengthened, the forward voltage drop VF of the drive stage triac gradually decreases, and a slight amount of current flows to the drive stage side. It remains flowing, and (d
The V / dt) c tolerance falls into the region determined by the (dV / dt) c tolerance on the drive stage side. Life time τ in Figure 8
1 = 13 μsec is an operation mode corresponding to this. FIG. 8 is a characteristic diagram illustrating the gate sensitivity (IGT) dependence of the (dV / dt) c tolerance in explaining the above-mentioned tendency, and the vertical axis represents (dV / dt) c tolerance (V / μsec). The gate sensitivity (IGT) (μA) is shown on the axis. In this figure, the dotted line A is the (dV / dt) c tolerance-IGT curve of the Darlington-connected triac device of this embodiment, and the solid line B is the (dV / dt) c tolerance of the conventional Darlington-connected triac device. -IGT curve. As shown in this figure, in the conventional triac device, when the (dV / dt) c withstand capability is set to 30 V / μs or more, the gate sensitivity (IGT) becomes 250 μA or more (solid line B).

【0022】しかし、例えば、この実施例のように出力
段のパワートライアック1のライフタイムτ1を7μs
に一定にし、駆動段のトライアック6のライフタイムτ
2を7μs→8μs→10μs→12μsと長くしてい
くと、ゲート感度(IGT)が250μA場合は、(dV
/dt)c耐量は30V/μsで変わらずIGTが250
μA→200μA→150μA→80μAと低下し高感
度化が実現する。ライフタイムτ2が13μsのとき
は、従来のトライアック装置の特性と一致してしまう
(点線A)。本発明では、駆動段のトライアックのベー
ス領域の少数キャリアのライフタイムτ1が出力段のト
ライアックのベース領域の少数キャリアのライフタイム
τ2より長いことに特徴があるが、出力段のトライアッ
クのベース領域の少数キャリアのライフタイムτ2は、
4μs〜10μs程度が適当であり、駆動段のトライア
ックのベース領域の少数キャリアのライフタイムτ1
は、8μs〜12μs程度が適当である。
However, for example, the lifetime τ1 of the power triac 1 in the output stage as in this embodiment is set to 7 μs.
To a constant value, and the drive stage triac 6 has a lifetime τ
When 2 is increased from 7 μs → 8 μs → 10 μs → 12 μs, when the gate sensitivity (IGT) is 250 μA, (dV
/ Dt) c withstand is 30V / μs and IGT is 250.
μA → 200 μA → 150 μA → 80 μA, and high sensitivity is realized. When the lifetime τ2 is 13 μs, the characteristics match those of the conventional triac device (dotted line A). The present invention is characterized in that the minority carrier lifetime τ1 in the drive stage triac base region is longer than the minority carrier lifetime τ2 in the output stage triac base region. Minority carrier lifetime τ2 is
4 μs to 10 μs is suitable, and the lifetime τ1 of minority carriers in the base region of the triac of the driving stage
Is suitably about 8 μs to 12 μs.

【0023】この図に示す点線Aは、出力段のパワート
ライアック1のベース領域の少数キャリアのライフタイ
ムτ1を7μsの一定にした場合に得られる特性であ
る。このライフタイムτ1の一定値を他の値に変えると
その特性は変化するが、本発明の特徴であるゲート感度
が高感度化しても(dV/dt)c耐量が変化しない領
域は存在する。例えば、このライフタイムτ1を5μs
にすると、図8に示すこの実施例のトライアック装置の
(dV/dt)c耐量のゲート感度(IGT)依存性を示
す特性線は鎖線Cに示されるようになる。トライアック
のベース領域の少数キャリアのライフタイムを制御する
には、ベース領域に対するプロトン照射、Au、Ptな
どの重金属注入、He線照射などの方法が用いられる
が、この実施例では、電子線照射による。例えば、ライ
フタイムが7μsのときの電子線照射は、2×1012
子/cm2 である。ライフタイムが8μsのときの電子
線照射は、5×1011電子/cm2 である。ライフタイ
ムが12μsのときの電子線照射は、1.1×1011
子/cm2 である。ライフタイムが13μsのときに
は、シリコン半導体基板のベース領域には電子線照射の
必要はない。したがって本発明のライフタイムτ1を制
御するための電子線照射は、5×1011電子/cm2
下が適当である。
The dotted line A shown in this figure is the characteristic obtained when the lifetime τ1 of the minority carriers in the base region of the power triac 1 in the output stage is kept constant at 7 μs. When the constant value of the lifetime τ1 is changed to another value, its characteristic changes, but there is a region where the (dV / dt) c withstand capability does not change even if the gate sensitivity, which is a feature of the present invention, is increased. For example, this lifetime τ1 is 5 μs
Then, the characteristic line showing the gate sensitivity (IGT) dependence of the (dV / dt) c withstand capability of the triac device of this embodiment shown in FIG. In order to control the lifetime of minority carriers in the base region of the triac, methods such as proton irradiation to the base region, implantation of heavy metals such as Au and Pt, and He beam irradiation are used. In this embodiment, electron beam irradiation is used. . For example, the electron beam irradiation when the lifetime is 7 μs is 2 × 10 12 electrons / cm 2 . The electron beam irradiation when the lifetime is 8 μs is 5 × 10 11 electrons / cm 2 . The electron beam irradiation when the lifetime is 12 μs is 1.1 × 10 11 electrons / cm 2 . When the lifetime is 13 μs, it is not necessary to irradiate the base region of the silicon semiconductor substrate with the electron beam. Therefore, the electron beam irradiation for controlling the lifetime τ1 of the present invention is appropriately 5 × 10 11 electrons / cm 2 or less.

【0024】次に、図9を参照して本発明のゲート感度
(IGT)の温度依存性を説明する。図はこの実施例及び
従来のダーリントン接続のトライアック装置の特性であ
る。従来のダーリントン接続構造のトライアック装置の
駆動段のトライアック及び出力段のトライアックのベー
ス領域の少数キャリアのライフタイムは、ほぼ同程度
(7μs)になっており、曲線Bはそのトライアック装
置の特性を示している。曲線Bに示すようにそのゲート
感度は、温度依存性が大きく、とくに低温領域でその傾
向が顕著である。例えば、−40℃のゲート感度と25
℃のゲート感度との比をとると約3倍も変化しているこ
とが分かる(IGT(−40℃)/IGT(25℃)〜
3)。その結果、このトライアック装置が光駆動型の場
合、LEDに流す、例えば、10mA程度の微少なLE
D電流(IF )では−40℃という低温での安定な動作
ができなくなる。この低温でのゲート感度の増大は、駆
動段のトライアック装置の(dV/dt)c耐量を保証
するためにライフタイムτ1を下げることによりそのα
pnp が著しく小さくなっていることに起因している。
Next, the temperature dependence of the gate sensitivity (IGT) of the present invention will be described with reference to FIG. The figure shows the characteristics of this embodiment and the conventional Darlington-connected triac device. The lifetimes of the minority carriers in the base region of the drive stage triac and the output stage triac of the conventional Darlington connection structure triac device are almost the same (7 μs), and the curve B shows the characteristics of the triac device. ing. As shown by the curve B, the gate sensitivity has a large temperature dependency, and the tendency is particularly remarkable in the low temperature region. For example, a gate sensitivity of -40 ° C and 25
It can be seen that the ratio of the gate sensitivity to ℃ changes about 3 times (IGT (-40 ℃) / IGT (25 ℃) ~
3). As a result, when this triac device is an optical drive type, it flows into the LED, for example, a small LE of about 10 mA.
With the D current (IF), stable operation cannot be performed at a low temperature of -40 ° C. This increase in gate sensitivity at low temperatures is reduced by reducing the lifetime τ1 in order to guarantee the (dV / dt) c withstand capability of the drive stage triac device.
This is because pnp is extremely small.

【0025】そこで従来では低温でフォトトライアック
を動作させる場合にはLED電流として、例えば8mA
程度の常温IFT規格の、3倍から4倍の電流を流す必要
がある。そのため制御側ロジック回路からの出力電流だ
けでは不十分で、別にLEDドライブ回路が必要だっ
た。また25℃でのゲート感度(IGT)自体も大きい。
一方、この実施例のダーリントン接続のトライアック装
置では、駆動段のトライアックのベース領域の少数キャ
リアのライフタイムτ1を10μsと長くしてαpnp を
大きくしているので、低温化に伴うαnpn の低下による
ゲート感度(IGT)の増加は殆ど起きない。図に示すよ
うにTc=−40℃とTc=25℃におけるIGTの比は
1.3倍と低く、また、25℃でのIGTも従来より大き
く低下しているので特別なドライブ回路は不要になる。
この様な効果は、図1に示した第1の実施例の駆動段の
フォトトライアックと出力段のパワートライアックのダ
ーリントン接続の場合にとくに顕著であり、低温時のI
FTの増加は殆ど認められない。
Therefore, conventionally, when operating the phototriac at a low temperature, the LED current is, for example, 8 mA.
It is necessary to pass a current three to four times as high as the normal temperature IFT standard. Therefore, the output current from the control side logic circuit is not enough, and an LED drive circuit is needed separately. The gate sensitivity (IGT) itself at 25 ° C is also large.
On the other hand, in the Darlington connection triac device of this embodiment, the lifetime .tau.1 of the minority carrier in the base region of the triac of the driving stage is lengthened to 10 .mu.s to increase .alpha.pnp. Almost no increase in sensitivity (IGT) occurs. As shown in the figure, the ratio of IGT at Tc = -40 ° C and Tc = 25 ° C is as low as 1.3 times, and the IGT at 25 ° C is much lower than before, so no special drive circuit is required. Become.
Such an effect is particularly remarkable in the case of the Darlington connection of the phototriac of the drive stage and the power triac of the output stage of the first embodiment shown in FIG.
Almost no increase in FT is observed.

【0026】次に、図10及び図11を参照して第3の
実施例を説明する。図はいづれも樹脂封止されたダーリ
ントン接続のトライアック装置の回路図である。図10
は図6の駆動段のトライアック及び出力段のパワートラ
イアックを用い、図11は図1のフォトカプラ及び出力
段のパワートライアックを用いている。ダーリントン接
続のトライアック装置において、駆動段のトライアック
のベース領域の少数キャリアのライフタイムを長くして
いくと、次第に駆動段のトライアックのVF が下がり、
駆動段側にもわずかながら電流が流れたままとなり、ト
ライアック装置全体の(dV/dt)c耐量は、駆動段
側の(dV/dt)c耐量で決定される領域に入ってく
る。図8のライフタイムτ1=13μsec時がこれに
相当する動作モードである。この様な動作を防止するた
めにこの実施例では、トライアック装置の駆動段出力と
出力段ゲート間に抵抗を挿入する。
Next, a third embodiment will be described with reference to FIGS. Each of the figures is a circuit diagram of a resin-sealed Darlington connection triac device. Figure 10
6 uses the drive stage triac and the output stage power triac shown in FIG. 6, and FIG. 11 uses the photocoupler and the output stage power triac shown in FIG. In the Darlington connection triac device, if the lifetime of the minority carriers in the base region of the drive stage triac is lengthened, the VF of the drive stage triac gradually decreases,
A small amount of current remains flowing to the drive stage side, and the (dV / dt) c withstand capability of the entire triac device enters the region determined by the (dV / dt) c withstand capability of the drive stage side. The lifetime τ1 = 13 μsec in FIG. 8 is an operation mode corresponding to this. In order to prevent such operation, in this embodiment, a resistor is inserted between the drive stage output and the output stage gate of the triac device.

【0027】図10の電気駆動型ダーリントン接続のト
ライアック装置は、駆動段のトライアック6と出力段の
パワートライアック1とを備え、出力端子T1、入力端
子T2及びゲート端子T3(G)を有している。そし
て、駆動段トライアック6の出力と出力段のパワートラ
イアック1のゲートの間に抵抗R1が接続されている。
出力端子T1は、出力段の出力に接続され、入力端子T
2は、駆動段及び出力段の入力に接続され、ゲート端子
(G)T3は、駆動段のゲートに接続される。このトラ
イアック装置は、抵抗1とともにエポキシ樹脂などの樹
脂封止体26に封止されている。また、図11の光駆動
型ダーリントン接続のトライアック装置はLED22を
備えた駆動段のフォトトライアック23と出力段のパワ
ートライアック1とを備え、入力端子T1、T2、及び
出力端子T3、T4を有している。そして、駆動段フォ
トトライアック23の出力と出力段のパワートライアッ
ク1のゲートの間に抵抗R2が接続されている。このト
ライアック装置は、抵抗R2とともにエポキシ樹脂など
の樹脂封止体25に封止されている。
The electric drive type Darlington connection triac device of FIG. 10 comprises a drive stage triac 6 and an output stage power triac 1, and has an output terminal T1, an input terminal T2 and a gate terminal T3 (G). There is. A resistor R1 is connected between the output of the drive stage triac 6 and the gate of the output stage power triac 1.
The output terminal T1 is connected to the output of the output stage, and the input terminal T1
2 is connected to the inputs of the driving stage and the output stage, and the gate terminal (G) T3 is connected to the gate of the driving stage. This triac device is sealed in a resin sealing body 26 such as an epoxy resin together with the resistor 1. Further, the optically driven Darlington connection triac device of FIG. 11 is provided with a drive stage phototriac 23 having an LED 22 and an output stage power triac 1, and has input terminals T1 and T2 and output terminals T3 and T4. ing. A resistor R2 is connected between the output of the drive stage phototriac 23 and the gate of the output stage power triac 1. This triac device is sealed in a resin sealing body 25 such as an epoxy resin together with the resistor R2.

【0028】抵抗R1、R2は半導体チップ上に形成さ
れたポリシリコン抵抗でも良いし、あるいは、出力段の
パワートライアックの半導体チップに形成された拡散抵
抗を利用しても良い。この実施例のように駆動段出力と
出力段ゲート間に抵抗を入れると、この抵抗の電位降下
により駆動段トライアックには電流が流れなくなり、
(dV/dt)c耐量は再び出力段パワートライアック
の(dV/dt)c耐量によって決まるようになる。
The resistors R1 and R2 may be polysilicon resistors formed on the semiconductor chip, or may be diffusion resistors formed on the semiconductor chip of the power triac of the output stage. When a resistor is inserted between the output of the drive stage and the gate of the output stage as in this embodiment, no current flows through the drive stage triac due to the potential drop of this resistor,
The (dV / dt) c tolerance is again determined by the (dV / dt) c tolerance of the output stage power triac.

【0029】[0029]

【発明の効果】本発明は、以上のような構成により、
(dV/dt)c耐量を従来のダーリントン接続のトラ
イアック装置並の10V/μs以上に保ちながら、光ゲ
ート感度(IFT)又はゲート感度(IGT)を従来の約1
/2にする事ができる。さらに、例えば、−40℃とい
う低温での光ゲート感度又はゲート感度の増加を大幅に
低減したダーリントン接続のトライアック装置を提供す
る事により、LEDドライブ電流又はゲートドライブ電
流を大幅に低減し、ドライブ回路を簡略化もしくは省略
させる事ができる。
The present invention has the above-mentioned structure.
The optical gate sensitivity (IFT) or gate sensitivity (IGT) of the conventional Darlington connection triac device is maintained at about 10 V / μs or more while maintaining the (dV / dt) c withstand capability of about 1
It can be set to / 2. Further, for example, by providing a Darlington-connected triac device in which an increase in the optical gate sensitivity or the gate sensitivity at a low temperature of −40 ° C. is significantly reduced, the LED drive current or the gate drive current is significantly reduced, and a drive circuit is provided. Can be simplified or omitted.

【図面の簡単な説明】[Brief description of drawings]

【図1】本発明の第1の実施例の半導体装置の平面図。FIG. 1 is a plan view of a semiconductor device according to a first embodiment of the present invention.

【図2】図1のフォトカプラ部分の断面図。FIG. 2 is a sectional view of a photocoupler portion of FIG.

【図3】第1の実施例に用いるバーティカル型トライア
ックの断面図。
FIG. 3 is a cross-sectional view of the vertical type triac used in the first embodiment.

【図4】第1の実施例に用いるラテラル型フォトトライ
アックの平面図。
FIG. 4 is a plan view of a lateral phototriac used in the first embodiment.

【図5】図4のA−A′線に沿う部分の断面図。5 is a cross-sectional view of a portion taken along the line AA ′ in FIG.

【図6】第2の実施例の半導体装置の平面図。FIG. 6 is a plan view of a semiconductor device according to a second embodiment.

【図7】第2の実施例の半導体装置の回路図。FIG. 7 is a circuit diagram of a semiconductor device according to a second embodiment.

【図8】第2の実施例及び従来の半導体装置の(dV/
dt)c耐量のゲート感度依存性を説明する特性図。
FIG. 8 shows (dV / of the second embodiment and the conventional semiconductor device).
dt) c is a characteristic diagram illustrating the gate sensitivity dependence of the withstand capability.

【図9】第2の実施例及び従来の半導体装置のゲート感
度の温度依存性を説明する特性図。
FIG. 9 is a characteristic diagram illustrating temperature dependence of gate sensitivity of the second embodiment and the conventional semiconductor device.

【図10】第3の実施例の半導体装置の回路図。FIG. 10 is a circuit diagram of a semiconductor device according to a third embodiment.

【図11】第3の実施例の半導体装置の回路図。FIG. 11 is a circuit diagram of a semiconductor device according to a third embodiment.

【図12】従来の半導体装置の模式平面図。FIG. 12 is a schematic plan view of a conventional semiconductor device.

【図13】従来の半導体装置の模式平面図。FIG. 13 is a schematic plan view of a conventional semiconductor device.

【図14】本発明及び従来のダーリントン接続のトライ
アック装置の動作説明図。
FIG. 14 is an operation explanatory view of the present invention and the conventional Darlington connection triac device.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

1 パワートライアック 2 フォトカプラ 3 Au線 4 Al線 5 リードフレーム 6 駆動段トライアック 10 半導体基板 11、21、25、26 樹脂封止体 20 絶縁膜 22 LED 23 フォトトライアック 24 透光性樹脂封止体 30、31、32、33 Al配線 40、41 抵抗 50 コンタクト 51、52、53、54 ダイパッド 1 power triac 2 Photo coupler 3 Au line 4 Al wire 5 lead frame 6 drive stage triac 10 Semiconductor substrate 11, 21, 25, 26 Resin sealing body 20 insulating film 22 LED 23 Phototriac 24 Translucent resin encapsulant 30, 31, 32, 33 Al wiring 40, 41 resistance 50 contacts 51, 52, 53, 54 Die pad

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (56)参考文献 特開 平6−151947(JP,A) 特開 平6−5846(JP,A) 特開 平4−302214(JP,A) 特開 平2−253665(JP,A) 特開 昭63−190382(JP,A) 特開 昭58−140161(JP,A) (58)調査した分野(Int.Cl.7,DB名) H01L 31/10 - 31/119 H01L 29/74 - 29/747 ─────────────────────────────────────────────────── ─── Continuation of the front page (56) Reference JP-A-6-151947 (JP, A) JP-A-6-5846 (JP, A) JP-A-4-302214 (JP, A) JP-A-2- 253665 (JP, A) JP 63-190382 (JP, A) JP 58-140161 (JP, A) (58) Fields investigated (Int.Cl. 7 , DB name) H01L 31/10-31 / 119 H01L 29/74-29/747

Claims (5)

(57)【特許請求の範囲】(57) [Claims] 【請求項1】 入力端子、出力端子及びゲート端子を有
し、駆動段として用いられる第1の双方向3端子サイリ
スタと、 入力端子、出力端子及びゲート端子を有し、出力段とし
て用いられる第2の双方向3端子サイリスタとを備え、 前記第1の双方向3端子サイリスタの出力端子を前記第
2の双方向3端子サイリスタのゲート端子に接続したダ
ーリントン接続構造を有しており、前記第2の双方向3
端子サイリスタのベース領域内における少数キャリアの
ライフタイムは所定の長さを有し、前記第1の双方向3
端子サイリスタのベース領域内におけるライフタイム
は、前記所定の長さよりも長いことを特徴とする半導体
装置。
1. A first bidirectional three-terminal thyristor which has an input terminal, an output terminal and a gate terminal and is used as a driving stage, and an input terminal, an output terminal and a gate terminal which are used as an output stage. And a Darlington connection structure in which an output terminal of the first bidirectional 3-terminal thyristor is connected to a gate terminal of the second bidirectional 3-terminal thyristor. 2 bidirectional 3
The minority carrier lifetime in the base region of the terminal thyristor has a predetermined length, and the first bidirectional 3
A semiconductor device, wherein a lifetime of the terminal thyristor in the base region is longer than the predetermined length.
【請求項2】 前記第1の双方向3端子サイリスタの出
力端子と第2の双方向3端子サイリスタのゲート端子と
の間にさらに抵抗成分を接続したことを特徴とする請求
項1に記載の半導体装置。
2. The resistance component is further connected between the output terminal of the first bidirectional three-terminal thyristor and the gate terminal of the second bidirectional three-terminal thyristor. Semiconductor device.
【請求項3】 前記第1の双方向3端子サイリスタは、
光信号によりゲートトリガされることを特徴とする請求
項1又は請求項2に記載の半導体装置。
3. The first bidirectional three-terminal thyristor,
The semiconductor device according to claim 1, wherein the semiconductor device is gate-triggered by an optical signal.
【請求項4】 前記第1の双方向3端子サイリスタのベ
ース領域内における少数キャリアのライフタイムは、7
μsより大きく12μsより小さくし、前記第2の双方
向3端子サイリスタのベース領域内における少数キャリ
アのライフタイムの前記所定の長さは、4μs乃至10
μsの範囲の値の中から選択されることを特徴とする請
求項1乃至請求項3のいづれかに記載の半導体装置。
4. The minority carrier lifetime in the base region of the first bidirectional 3-terminal thyristor is 7
It is larger than μs and smaller than 12 μs, and the predetermined length of the minority carrier lifetime in the base region of the second bidirectional three-terminal thyristor is 4 μs to 10 μs.
4. The semiconductor device according to claim 1, wherein the semiconductor device is selected from values in the range of μs.
【請求項5】 前記第1及び第2の双方向3端子サイリ
スタのベース領域にはライフタイム制御のための電子線
が照射されており、前記第2の双方向3端子サイリスタ
のベース領域には所定量の電子線が照射され、その所定
量が2×1012電子/cm2 以上である場合において、
前記第1の双方向3端子サイリスタのベース領域に照射
される電子線の量は、5×1011電子/cm2 以下であ
ることを特徴とする請求項1乃至請求項4のいづれかに
記載の半導体装置。
5. The base regions of the first and second bidirectional three-terminal thyristors are irradiated with an electron beam for lifetime control, and the base regions of the second bidirectional three-terminal thyristors are irradiated. When a predetermined amount of electron beam is irradiated and the predetermined amount is 2 × 10 12 electrons / cm 2 or more,
The amount of the electron beam with which the base region of the first bidirectional three-terminal thyristor is irradiated is 5 × 10 11 electrons / cm 2 or less, and the amount of the electron beam is 5 × 10 11 electrons / cm 2 or less. Semiconductor device.
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