半導體裝置及dc-dc轉換器的製作方法

2023-07-28 00:50:56 1

專利名稱：半導體裝置及dc-dc轉換器的製作方法
技術領域：
本發明涉及半導體裝置及DC-DC轉換器。
背景技術：
例如，在包括DC-DC轉換器等的開關元件的切換電路中，要求對於負載變動的高 速響應性，切換頻率高頻率化。此外，隨著輸出電流的大電流化，驅動電感器的開關元件的 寄生電容增加。在這樣的切換電路中，在輸出電流或輸出電壓變化的上升及下降的兩邊緣有發生 阻尼振蕩的傾向。因而，能夠利用的切換頻率被限制在該阻尼振蕩收斂的時間中，所以受到 寄生電容、配線等的寄生電感限制。一般，配設有這樣的切換電路的半導體晶片裝配安裝在引線框上，不論晶片尺寸 如何，該半導體晶片都裝配在引線框的中央。此外，為了減小基板面積，還已知有將多個半 導體晶片層疊搭載在基板上的晶片層疊型半導體裝置。在該半導體裝置中，在將第一及第 二半導體晶片層疊在基板上的情況下，將第一半導體晶片的虛擬中心軸從基板的中心偏移 地配置該第一半導體晶片(例如參照專利文獻1)。但是，在上述那樣的安裝構造中，很難降低寄生電感，在擴大能夠利用的切換頻率 方面存在極限。[專利文獻1]日本特開2005-26564號公報

發明內容
本發明就是為了解決上述問題而完成的。本發明的技術方案是一種半導體裝置，其特徵在於，具備裝置主體，具有半導體 基板搭載部及設在上述半導體基板搭載部的周圍的第一導電體；以及半導體基板，包括具 有檢測電路的DC-DC轉換器控制電路，配設在上述半導體基板搭載部上，以使上述檢測電 路接近於上述第一導體側，上述檢測電路檢測經由上述第一導電體流動的電流及施加的電 壓中的至少某個。


圖1是例示有關實施方式的半導體裝置的結構的平面示意圖。圖2是例示包括圖1所示的半導體裝置的DC-DC轉換器的電路圖。圖3是第一開關元件的電流波形圖，圖3(a)是偏移量為0 μ m的情況，圖3 (b)是 偏移量同樣為600 μ m的情況。圖4是例示有關實施方式的DC-DC轉換器的電路圖。
圖5是例示有關實施方式的DC-DC轉換器的電路圖。
具體實施例方式根據實施方式，提供一種具備裝置主體和半導體基板的半導體裝置。裝置主體具 有半導體基板搭載部及設在上述半導體基板搭載部的周圍的第一導電體。半導體基板包括 具有檢測電路的DC-DC轉換器控制電路，配設在上述半導體基板搭載部上，以使上述檢測 電路接近於上述第一導體側，上述檢測電路檢測經由上述第一導電體流動的電流及施加的 電壓中的至少某個。以下，參照附圖對實施方式詳細地說明。附圖是示意性的或概念性的，各部分的形 狀及縱橫的尺寸關係、部分間的大小的比率等並不一定與現實相同。此外，在表示相同的部 分的情況下，也有通過附圖而將相互的尺寸及比率差別表示的情況。另外，在本說明書和 各圖中，對於與已出的圖有關的已述要素相同的要素賦予相同的標號而適當省略詳細的說 明。圖1是例示有關實施方式的半導體裝置的結構的平面示意圖。如圖1所示，半導體裝置1具備半導體基板2、裝置主體3。在半導體基板2上，設有DC-DC轉換器控制電路30。此外，DC-DC轉換器控制電路 30具有檢測電路16。此外，半導體基板2具有四邊。在半導體基板2上，在第一邊5側設有端子BOOT、電源端子VIN、第一端子LX、以及 接地端子GND。在與第一邊5對置的一側設有端子VFB、C0MP、EN、SS。電源端子VIN、第一 端子LX、接地端子GND連接在檢測電路16上。端子BOOT、VFB、COMP, EN、SS連接在DC-DC 轉換器控制電路30上。裝置主體3具有裝配(搭載)半導體基板2的半導體基板搭載部4、和設在半導體 基板搭載部4的周圍的第一導電體K2 K4、第二導電體ΚΙ、K5 K8。第一及第二導電體 Kl K8具有多個引腳Pl P8、和配線HI、第一配線H2 H4、配線H5 H8。第一導電體K2 K4的引腳P2 P4是從與半導體基板2相反側對第一導電體 K2 K4供給電流及電壓中的至少某個的部分。此外，第二導電體Kl、K5 K8的引腳Pl、 P5 P8是從與半導體基板2相反側對第二導電體K1、K5 Κ8輸出或輸入信號的部分。半導體基板2的虛擬中心線DL相對於半導體基板搭載部4的虛擬中心線IL向第 一邊5側偏移了偏移量DW而配置。另外，在圖1中，例示了裝置主體3在半導體基板搭載 部4的兩側具有第一及第二導電體Kl Κ8的結構。但是，也可以在半導體基板搭載部4 的周圍設置第一及第二電極。端子ROOT和引腳Pl通過配線Hl連接。引腳Pl和配線Hl構成第二導電體Kl。 端子ROOT為第二導電體Kl與半導體基板2的連接部。電源端子VIN和引腳P2通過第一配線H2連接。弓丨腳P2和第一配線H2構成第一 導電體K2。電源端子VIN為第一導電體K2與半導體基板2的連接部。第一端子LX和引 腳P3通過第二配線H3連接。引腳P3和第二配線H3構成第一導電體K3。第一端子LX為 第一導電體K3與半導體基板2的連接部。接地端子GND和引腳P4通過第三配線H4連接。 引腳P4和第三配線H4構成第一導電體K4。接地端子GND為第一導電體K4與半導體基板 2的連接部。
端子VFB和引腳P5通過配線H5連接。引腳5和配線H5構成第二導電體K5。端 子COMP和引腳P6通過配線H6連接。引腳P6和配線H6構成第二導電體K6。端子EN和引 腳P7通過配線H7連接。引腳P7和配線H7構成第二導電體K7。端子SS和引腳P8通過配 線H8連接。引腳P8和配線H8構成第二導電體K8。另外，第一配線H2 H4、配線HI、H5 H8例如由接合線、金屬板等構成。如上所述，由於半導體基板2的虛擬中心線DL相對於半導體基板搭載部4的虛擬 中心線IL向第一邊5側偏移配置，所以配線HI、第一 第三配線H2 H4比配線H5 H8短。S卩，半導體基板2配設在半導體基板搭載部4上，以使檢測電路16接近於第一導 電體K2 K4。因此，與半導體基板2配置在半導體基板搭載部4的中央時相比，第一導電 體K2 K4的長度較短。此外，半導體基板2配設在半導體基板搭載部4上，以使檢測電路16相對於與第 二導電體K5 K8側的距離來說更接近於第一導電體K2 K4側。另外，在圖1中，表示引腳Pl P8相互連接的半導體裝置1的組裝時的狀態。在 組裝完成後的半導體裝置1的使用時，將引腳Pl P8間的各自的連接切離。圖2是例示包括圖1所示半導體裝置的DC-DC轉換器的電路圖。如圖2所示，DC-DC轉換器6具備半導體裝置1、第一電感器7、第一電容器8、反饋 電路9、電容器11 13。第一電感器7的一端連接在半導體裝置1的引腳P3上，經由第二配線H3連接在 第一端子LX上。S卩，第一電感器7的一端經由第一導電體K3連接在DC-DC轉換器控制電 路的輸出上。在第一電感器7的另一端與接地之間，並聯連接著第一電容器8及反饋電路9。此 外，在第一電感器7的另一端與接地之間連接著負載電路10，輸出電壓Vout被輸出給負載 電路10。反饋電路9具有分壓電阻，將把輸出電壓Vout分壓後的電壓反饋給半導體裝置1 的第二導電體K5、S卩引腳P5。另外，在圖2中，雖然將把輸出電壓Vout分壓後的電壓反饋 給引腳P5，但也可以將輸出電壓Vout反饋給引腳P5。電容器11連接在半導體裝置1的第二導電體Kl與第一導電體K3之間、S卩引腳Pl 與引腳P3之間。電容器12連接在半導體裝置1的第二導電體K6即引腳P6與接地之間。 電容器13連接在半導體裝置1的第二導電體K8即引腳P8與接地之間。此外，對半導體裝 置1的第一導電體K2、S卩引腳P2供給電源電壓，半導體裝置1的第一導電體K4即引腳P4 連接在接地上。此外，在引腳P2與接地之間，作為旁通電容器而連接有電容器23，引腳P2 交流地與接地連接。對於半導體裝置1的第二導電體K7即引腳P7輸入啟動信號。關於半 導體裝置1的各引腳Pl P8的功能在後面敘述。DC-DC轉換器6將供給到半導體裝置1中的電源電壓降壓為輸出電壓Vout。DC-DC轉換器控制電路30還具有設在半導體基板2上的第一開關元件Q1、第二開 關元件Q2、控制電路14。第一開關元件Ql的一端連接在電源端子VIN上，另一端連接在第一端子LX上。第 二開關元件Q2的一端連接在第一端子LX上，另一端連接在接地端子GND上。如上所述，電源端子VIN、第一端子LX及接地端子GND分別連接在第一導電體K2 K4上。即，通過第一配線 第三配線H2 H4分別連接在裝置主體3的引腳P2 P4 上。這些第一配線 第三配線H2 H4與寄生電感電等價。另外，引腳P2 P4的截面積 與第一配線 第三配線H2 H4相比足夠大，引腳P2 P4的電感相對於第一配線 第三 配線H2 H4的電感足夠小。因此，第一導電體K2 K4的電感大致等於第一配線 第三 配線H2 H4的電感。關於第二導電體K1、K5 Κ8也是同樣的。引腳Ρ2、Ρ4分別連接在外部的電源和接地上，如上所述，對於引腳Ρ2、Ρ4間供給電 源電壓。第一及第二開關元件Q1、Q2分別被控制電路14控制為開啟、關閉的狀態。在第一 開關元件Ql是開啟、第二開關元件Q2是關閉的狀態的情況下，將第一端子LX連接在電源 端子VIN上。此外，在第一開關元件Ql是關閉而第二開關元件Q2是開啟的狀態的情況下， 將第一端子LX連接在接地端子GND上。控制電路14具有驅動電路15、檢測電路16、電壓生成電路17、誤差放大電路18、 比較電路19、電流生成電路20。控制電路15將第一及第二開關元件Q2、Q2驅動為開啟、關閉的狀態，以使反饋給 端子VFB的電壓為一定、即輸出電壓Vout為一定。檢測電路16連接在電源端子VIN、第一 端子LX、接地端子GND上，是檢測經由第一導電體K2 K4流過第一開關元件Ql的電流的 電流檢測電路。檢測電路16通過檢測流過第一開關元件Ql的電流，檢測DC-DC轉換器控 制電路30的輸出電流。檢測電路16包括檢測電晶體、電阻、差動放大電路。電壓生成電路17是生成基準電壓的電路，根據輸出電壓Vout而設定。誤差放大電 路18將輸入到端子VFB中的電壓與由電壓生成電路17生成的基準電壓之間的誤差放大。 此外，誤差放大電路18連接在端子COMP上，經由配線H6連接在引腳P6上。進而，在引腳 P6上，為了進行相位補償而連接著例如電容器12。另外，作為相位補償，也可以是其他電路 結構。比較電路19具有正輸入端和兩個負輸入端。在正輸入端輸入檢測電路16的輸出。 在一個負輸入端輸入誤差放大電路18的輸出。其他負輸入端連接在電流生成電路20及端 子SS上，經由配線H8連接在引腳P8上。進而，在引腳P8上連接例如電容器13。電流生成 電路20及電容器13構成軟起動電路，控制起動時的輸出電壓Vout。在穩定狀態下，電容器13被電流生成電路20充電到一定電位。比較電路19將檢 測電路16的輸出與誤差放大電路18的輸出比較。比較電路19在輸入到端子VFB中的電 壓比基準電壓低的情況下輸出高電平、在輸入到端子VFB中的電壓比基準電壓高的情況下 輸出低電平。驅動電路15在比較電路19的輸出是低電平的情況下進行控制以使第一開關元件 Ql的開啟的期間變長。此外，在比較電路19的輸出是高電平的情況下進行控制以使第一開 關元件Ql的開啟的期間變短。此外，驅動電路15連接在端子EN上，經由第二導電體K7即配線H7連接在引腳P7 上。在引腳P7中，如上所述，從外部輸入啟動信號。當啟動信號是高電平時，驅動電路15 成為將第一及第二開關元件Q2、Q2開啟、關閉的通常動作模式。此外，在啟動信號是低電平 的情況下，驅動電路15成為將第一及第二開關元件Q2、Q2控制為關閉狀態的待機模式。此外，驅動電路15連接在端子BOOT上，經由第二導電體Kl即配線Hl連接在引腳Pl上。進而，在引腳Pl與引腳P3之間，連接著例如電容器11。當第一開關元件Ql為關閉 的狀態時，經由電容器11對引腳P3供給電流。這樣，半導體裝置1的DC-DC轉換器控制電路30通過控制電路14將第一及第二 開關元件Q2、Q2開啟、關閉，將反饋給端子VFB的電壓控制為一定。因而，通過控制電路14 將輸出電壓控制為一定。另外，在圖2中，例示了半導體裝置1具有第二開關元件Q2的結構。但是，第二開 關元件Q2也可以替換成連接為使電流從接地端子GND向第一端子LX的方向流過的整流元 件。如上所述，通過半導體裝置1，在連接於DC-DC轉換器控制電路30的輸出即引腳 P3上的 第一端子LX中，通過第一及第二開關元件Q2、Q2的開啟、關閉，生成在電源電位與 接地電位之間進行切換的電壓。如上所述，在被供給電源的引腳P2與電源端子VIN之間，有第一配線H2引起的寄 生電感。在引腳P3與第一端子LX之間，有第二配線H3引起的寄生電感。在連接在外部的 接地上的引腳P4與接地端子GND之間，有第三配線H4引起的寄生電感。此外，在第一及第二開關元件Q2、Q2的漏極與背柵極(back gate)之間分別有寄 生電容。在圖2中，用連接在第一端子LX與接地端子GND之間的寄生電容21等價地表示。隨著輸出電流大電流化，第一及第二開關元件Q2、Q2的面積變大，寄生電容21的 靜電電容C也變大。在第一端子LX生成的電壓中，在從接地電位變化為電源電位的上升、以及從電源 電位變化為接地電位的下降這兩個邊緣處發生阻尼振蕩。此外，在流過第一及第二開關元 件Q2、Q2的電流中也發生阻尼振蕩。如果設寄生電感為L、寄生電容21的電容量為C，則阻尼振蕩頻率f0為(1)式。[式1]/0二^ (1)寄生電感L越大、此外寄生電容21的電容量C越大，則阻尼振蕩的周期越長。因 此，輸出電流越大電流化，到電流的阻尼振蕩衰減而穩定為止的時間越長。這樣，如果寄生電感L和寄生電容21的電容量C變大，則到檢測電路16的輸出穩 定為止的時間變長。寄生電感L與將半導體基板2和引線框3連接的配線的長度大致成正比。半導體基板2的中心DL相對於引線框3的偏移量DW與配線長的關係例如為表1 那樣。[表 1]
權利要求
1.一種半導體裝置，其特徵在於，具備裝置主體，具有半導體基板搭載部及設在上述半導體基板搭載部的周圍的第一導電 體；以及半導體基板，包括具有檢測電路的DC-DC轉換器控制電路，該半導體基板配設在上述 半導體基板搭載部上，以使上述檢測電路接近於上述第一導體側，上述檢測電路檢測經由 上述第一導電體流動的電流及施加的電壓中的至少某個。
2.如權利要求1所述的半導體裝置，其特徵在於，上述半導體基板配設為，使上述半導 體基板的虛擬中心線相對於上述半導體基板搭載部的虛擬中心線向上述第一導體側偏移。
3.如權利要求1所述的半導體裝置，其特徵在於，上述第一導電體對上述DC-DC轉換器 控制電路供給電源電位。
4.如權利要求1所述的半導體裝置，其特徵在於，上述第一導電體對上述DC-DC轉換器 控制電路供給接地電位。
5.如權利要求1所述的半導體裝置，其特徵在於，上述裝置主體還具有對上述DC-DC轉換器控制電路輸出或輸入信號的第二導電體；上述半導體基板配設在上述半導體基板搭載部上，以使上述檢測電路相對於上述第一 導電體側和上述第二導電體側，更接近於上述第一導電體側。
6.如權利要求1所述的半導體裝置，其特徵在於，上述檢測電路是檢測上述DC-DC轉換 器控制電路的輸出電流的電流檢測電路。
7.如權利要求1所述的半導體裝置，其特徵在於，上述DC-DC轉換器控制電路具有第一開關元件；以及第二開關元件，連接在上述第一開關元件上；上述DC-DC轉換器控制電路經由上述第一導電體，輸出在電源電位與接地電位之間切 換的電壓。
8.如權利要求5所述的半導體裝置，其特徵在於，上述第一導電體對上述DC-DC轉換器 控制電路供給電源電位。
9.如權利要求5所述的半導體裝置，其特徵在於，上述第一導電體對上述DC-DC轉換器 供給接地電位。
10.如權利要求7所述的半導體裝置，其特徵在於，上述檢測電路是檢測流過上述第一 開關元件的電流的電流檢測電路。
11.如權利要求7所述的半導體裝置，其特徵在於，上述檢測電路是檢測流過上述第二 開關元件的電流的電流檢測電路。
12.如權利要求7所述的半導體裝置，其特徵在於，上述第一導體對上述第一開關元件 供給電源電位。
13.如權利要求7所述的半導體裝置，其特徵在於，上述第一導體對上述第二開關元件 供給接地電位。
14.如權利要求7所述的半導體裝置，其特徵在於，上述第一導電體供給在上述第一開 關元件和上述第二開關元件的連接點流過的電流。
15.如權利要求1所述的半導體裝置，其特徵在於，上述檢測電路是檢測反饋給上述DC-DC轉換器控制電路的電壓的電壓檢測電路。
16.如權利要求15所述的半導體裝置，其特徵在於，上述第一導電體對上述檢測電路 供給電源電位。
17.如權利要求15所述的半導體裝置，其特徵在於，上述第一導電體對上述檢測電路 供給接地電位。
18.—種DC-DC轉換器，其特徵在於，具備半導體裝置、第一電感器和第一電容器；上述半導體裝置具有裝置主體，具有半導體基板搭載部及設在上述半導體基板搭載部的周圍的第一導電 體；以及半導體基板，包括具有檢測電路的DC-DC轉換器控制電路，該半導體基板配設在上述 半導體基板搭載部上，以使上述檢測電路接近於上述第一導體側，上述檢測電路檢測經由 上述第一導電體流動的電流及施加的電壓中的至少某個；上述第一電感器連接在上述DC-DC轉換器控制電路的輸出上；上述第一電容器連接在上述第一電感器與接地之間。
19.如權利要求18所述的DC-DC轉換器，其特徵在於，上述裝置主體還具有對上述DC-DC轉換器控制電路輸出或輸入信號的第二導電體；上述半導體基板配設在上述半導體基板搭載部上，以使上述檢測電路相對於上述第一 導電體側和上述第二導電體側，更接近於上述第一導電體側。
20.如權利要求18所述的DC-DC轉換器，其特徵在於，上述檢測電路是檢測上述DC-DC 轉換器控制電路的輸出電流的電流檢測電路。
全文摘要
本發明為解決現有技術中很難降低寄生電感，在擴大能夠利用的切換頻率方面存在極限的為題，提供一種具備裝置主體和半導體基板的半導體裝置。根據實施方式，裝置主體具有半導體基板搭載部及設在上述半導體基板搭載部的周圍的第一導電體。半導體基板包括具有檢測電路的DC-DC轉換器控制電路，配設在上述半導體基板搭載部上，以使上述檢測電路接近於上述第一導體側，上述檢測電路檢測經由上述第一導電體流動的電流及施加的電壓中的至少某個。
文檔編號H02M3/158GK102110676SQ20101027075
公開日2011年6月29日 申請日期2010年9月1日 優先權日2009年12月25日
發明者後藤祐一, 和田龍, 齋藤浩 申請人:株式會社東芝