半導(dǎo)體裝置及dc-dc轉(zhuǎn)換器的制造方法
【專利摘要】本發(fā)明為解決現(xiàn)有技術(shù)中很難降低寄生電感，在擴(kuò)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(dǎo)體基板的半導(dǎo)體裝置。根據(jù)實(shí)施方式，裝置主體具有半導(dǎo)體基板搭載部及設(shè)在上述半導(dǎo)體基板搭載部的周圍的第一導(dǎo)電體。半導(dǎo)體基板包括具有檢測電路的DC-DC轉(zhuǎn)換器控制電路，配設(shè)在上述半導(dǎo)體基板搭載部上，以使上述檢測電路接近于上述第一導(dǎo)體側(cè)，上述檢測電路檢測經(jīng)由上述第一導(dǎo)電體流動的電流及施加的電壓中的至少某個。
【專利說明】半導(dǎo)體裝置及DC-DC轉(zhuǎn)換器
[0001]發(fā)明為下述申請的分案申請，原申請信息如下:
[0002]申請?zhí)?201010270751.7
[0003]申請日:2010年09月01日
[0004]發(fā)明名稱:半導(dǎo)體裝置及DC-DC轉(zhuǎn)換器
[0005]本申請基于2009年12月25日提出申請的日本專利申請第2009 — 295981號并主張其優(yōu)先權(quán)，這里引用其全部內(nèi)容。
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0006]本發(fā)明涉及半導(dǎo)體裝置及DC-DC轉(zhuǎn)換器。
【背景技術(shù)】
[0007]例如，在包括DC-DC轉(zhuǎn)換器等的開關(guān)元件的切換電路中，要求對于負(fù)載變動的高速響應(yīng)性，切換頻率高頻率化。此外，隨著輸出電流的大電流化，驅(qū)動電感器的開關(guān)元件的寄生電容增加。
[0008]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(fā)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。
[0009]一般，配設(shè)有這樣的切換電路的半導(dǎo)體芯片裝配安裝在引線框上，不論芯片尺寸如何，該半導(dǎo)體芯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(dǎo)體芯片層疊搭載在基板上的芯片層疊型半導(dǎo)體裝置。在該半導(dǎo)體裝置中，在將第一及第二半導(dǎo)體芯片層疊在基板上的情況下，將第一半導(dǎo)體芯片的虛擬中心軸從基板的中心偏移地配置該第一半導(dǎo)體芯片(例如參照專利文獻(xiàn)I)。
[0010]但是，在上述那樣的安裝構(gòu)造中，很難降低寄生電感，在擴(kuò)大能夠利用的切換頻率方面存在極限。
[0011][專利文獻(xiàn)I]日本特開2005- 26564號公報
【發(fā)明內(nèi)容】
[0012]本發(fā)明就是為了解決上述問題而完成的。
[0013]本發(fā)明的技術(shù)方案是一種半導(dǎo)體裝置，其特征在于，具備:裝置主體，具有半導(dǎo)體基板搭載部及設(shè)在上述半導(dǎo)體基板搭載部的周圍的第一導(dǎo)電體；以及半導(dǎo)體基板，包括具有檢測電路的DC-DC轉(zhuǎn)換器控制電路，配設(shè)在上述半導(dǎo)體基板搭載部上，以使上述檢測電路接近于上述第一導(dǎo)體側(cè)，上述檢測電路檢測經(jīng)由上述第一導(dǎo)電體流動的電流及施加的電壓中的至少某個。
【專利附圖】
【附圖說明】
[0014]圖1是例示有關(guān)實(shí)施方式的半導(dǎo)體裝置的結(jié)構(gòu)的平面示意圖。[0015]圖2是例示包括圖1所示的半導(dǎo)體裝置的DC-DC轉(zhuǎn)換器的電路圖。
[0016]圖3是第一開關(guān)元件的電流波形圖，圖3 (a)是偏移量為Ομπι的情況，圖3 (b)是偏移量同樣為600 μ m的情況。
[0017]圖4是例示有關(guān)實(shí)施方式的DC-DC轉(zhuǎn)換器的電路圖。
[0018]圖5是例示有關(guān)實(shí)施方式的DC-DC轉(zhuǎn)換器的電路圖。
【具體實(shí)施方式】
[0019]根據(jù)實(shí)施方式，提供一種具備裝置主體和半導(dǎo)體基板的半導(dǎo)體裝置。裝置主體具有半導(dǎo)體基板搭載部及設(shè)在上述半導(dǎo)體基板搭載部的周圍的第一導(dǎo)電體。半導(dǎo)體基板包括具有檢測電路的DC-DC轉(zhuǎn)換器控制電路，配設(shè)在上述半導(dǎo)體基板搭載部上，以使上述檢測電路接近于上述第一導(dǎo)體側(cè)，上述檢測電路檢測經(jīng)由上述第一導(dǎo)電體流動的電流及施加的電壓中的至少某個。
[0020]以下，參照附圖對實(shí)施方式詳細(xì)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(guān)系、部分間的大小的比率等并不一定與現(xiàn)實(shí)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，對于與已出的圖有關(guān)的已述要素相同的要素賦予相同的標(biāo)號而適當(dāng)省略詳細(xì)的說明。
[0021]圖1是例示有關(guān)實(shí)施方式的半導(dǎo)體裝置的結(jié)構(gòu)的平面示意圖。
[0022]如圖1所示，半導(dǎo)體裝置I具備半導(dǎo)體基板2、裝置主體3。
[0023]在半導(dǎo)體基板2上，設(shè)有DC-DC轉(zhuǎn)換器控制電路30。此外，DC-DC轉(zhuǎn)換器控制電路30具有檢測電路16。此外，半導(dǎo)體基板2具有四邊。
[0024]在半導(dǎo)體基板2上，在第一邊5側(cè)設(shè)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(cè)設(shè)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(zhuǎn)換器控制電路30上。
[0025]裝置主體3具有裝配(搭載)半導(dǎo)體基板2的半導(dǎo)體基板搭載部4、和設(shè)在半導(dǎo)體基板搭載部4的周圍的第一導(dǎo)電體Κ2?Κ4、第二導(dǎo)電體Κ1、Κ5?Κ8。第一及第二導(dǎo)電體Kl?Κ8具有多個引腳Pl?Ρ8、和配線Η1、第一配線Η2?Η4、配線Η5?Η8。
[0026]第一導(dǎo)電體Κ2?Κ4的引腳Ρ2?Ρ4是從與半導(dǎo)體基板2相反側(cè)對第一導(dǎo)電體Κ2?Κ4供給電流及電壓中的至少某個的部分。此外，第二導(dǎo)電體Κ1、Κ5?Κ8的引腳Ρ1、Ρ5?Ρ8是從與半導(dǎo)體基板2相反側(cè)對第二導(dǎo)電體Κ1、Κ5?Κ8輸出或輸入信號的部分。
[0027]半導(dǎo)體基板2的虛擬中心線DL相對于半導(dǎo)體基板搭載部4的虛擬中心線IL向第一邊5側(cè)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(dǎo)體基板搭載部4的兩側(cè)具有第一及第二導(dǎo)電體Kl?Κ8的結(jié)構(gòu)。但是，也可以在半導(dǎo)體基板搭載部4的周圍設(shè)置第一及第二電極。
[0028]端子ROOT和引腳Pl通過配線Hl連接。引腳Pl和配線Hl構(gòu)成第二導(dǎo)電體Kl。端子ROOT為第二導(dǎo)電體Kl與半導(dǎo)體基板2的連接部。
[0029]電源端子VIN和引腳P2通過第一配線H2連接。引腳P2和第一配線H2構(gòu)成第一導(dǎo)電體K2。電源端子VIN為第一導(dǎo)電體K2與半導(dǎo)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(gòu)成第一導(dǎo)電體K3。第一端子LX為第一導(dǎo)電體K3與半導(dǎo)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(gòu)成第一導(dǎo)電體K4。接地端子GND為第一導(dǎo)電體K4與半導(dǎo)體基板2的連接部。
[0030]端子VFB和引腳P5通過配線H5連接。引腳5和配線H5構(gòu)成第二導(dǎo)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(gòu)成第二導(dǎo)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(gòu)成第二導(dǎo)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(gòu)成第二導(dǎo)電體K8。
[0031]另外,第一配線H2?H4、配線H1、H5?H8例如由接合線、金屬板等構(gòu)成。
[0032]如上所述，由于半導(dǎo)體基板2的虛擬中心線DL相對于半導(dǎo)體基板搭載部4的虛擬中心線IL向第一邊5側(cè)偏移配置，所以配線Hl、第一?第三配線H2?H4比配線H5?H8短。
[0033]S卩，半導(dǎo)體基板2配設(shè)在半導(dǎo)體基板搭載部4上，以使檢測電路16接近于第一導(dǎo)電體K2?K4。因此，與半導(dǎo)體基板2配置在半導(dǎo)體基板搭載部4的中央時相比，第一導(dǎo)電體K2?K4的長度較短。
[0034]此外，半導(dǎo)體基板2配設(shè)在半導(dǎo)體基板搭載部4上，以使檢測電路16相對于與第二導(dǎo)電體K5?K8側(cè)的距離來說更接近于第一導(dǎo)電體K2?K4側(cè)。
[0035]另外，在圖1中，表示引腳Pl?P8相互連接的半導(dǎo)體裝置I的組裝時的狀態(tài)。在組裝完成后的半導(dǎo)體裝置I的使用時，將引腳Pl?P8間的各自的連接切離。
[0036]圖2是例示包括圖1所示半導(dǎo)體裝置的DC-DC轉(zhuǎn)換器的電路圖。
[0037]如圖2所不,DC-DC轉(zhuǎn)換器6具備半導(dǎo)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。
[0038]第一電感器7的一端連接在半導(dǎo)體裝置I的引腳P3上，經(jīng)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(jīng)由第一導(dǎo)電體K3連接在DC-DC轉(zhuǎn)換器控制電路的輸出上。
[0039]在第一電感器7的另一端與接地之間，并聯(lián)連接著第一電容器8及反饋電路9。此夕卜，在第一電感器7的另一端與接地之間連接著負(fù)載電路10,輸出電壓Vout被輸出給負(fù)載電路10。反饋電路9具有分壓電阻，將把輸出電壓Vout分壓后的電壓反饋給半導(dǎo)體裝置I的第二導(dǎo)電體K5、S卩引腳P5。另外，在圖2中，雖然將把輸出電壓Vout分壓后的電壓反饋給引腳P5，但也可以將輸出電壓Vout反饋給弓丨腳P5。
[0040]電容器11連接在半導(dǎo)體裝置I的第二導(dǎo)電體Kl與第一導(dǎo)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(dǎo)體裝置I的第二導(dǎo)電體K6即引腳P6與接地之間。電容器13連接在半導(dǎo)體裝置I的第二導(dǎo)電體K8即引腳P8與接地之間。此外，對半導(dǎo)體裝置I的第一導(dǎo)電體K2、S卩引腳P2供給電源電壓，半導(dǎo)體裝置I的第一導(dǎo)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。對于半導(dǎo)體裝置I的第二導(dǎo)電體K7即引腳P7輸入啟動信號。關(guān)于半導(dǎo)體裝置I的各引腳Pl?P8的功能在后面敘述。
[0041]DC-DC轉(zhuǎn)換器6將供給到半導(dǎo)體裝置I中的電源電壓降壓為輸出電壓Vout。
[0042]DC-DC轉(zhuǎn)換器控制電路30還具有設(shè)在半導(dǎo)體基板2上的第一開關(guān)元件Ql、第二開關(guān)元件Q2、控制電路14。
[0043]第一開關(guān)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(guān)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。
[0044]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(dǎo)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的電感相對于第一配線?第三配線H2?H4的電感足夠小。因此，第一導(dǎo)電體K2?K4的電感大致等于第一配線?第三配線H2?H4的電感。關(guān)于第二導(dǎo)電體K1、K5?K8也是同樣的。
[0045]引腳Ρ2、Ρ4分別連接在外部的電源和接地上，如上所述，對于引腳Ρ2、Ρ4間供給電源電壓。
[0046]第一及第二開關(guān)元件Q1、Q2分別被控制電路14控制為開啟、關(guān)閉的狀態(tài)。在第一開關(guān)元件Ql是開啟、第二開關(guān)元件Q2是關(guān)閉的狀態(tài)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(guān)元件Ql是關(guān)閉而第二開關(guān)元件Q2是開啟的狀態(tài)的情況下，將第一端子LX連接在接地端子GND上。
[0047]控制電路14具有驅(qū)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。
[0048]控制電路15將第一及第二開關(guān)元件Q2、Q2驅(qū)動為開啟、關(guān)閉的狀態(tài)，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(jīng)由第一導(dǎo)電體K2?K4流過第一開關(guān)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(guān)元件Ql的電流，檢測DC-DC轉(zhuǎn)換器控制電路30的輸出電流。檢測電路16包括檢測晶體管、電阻、差動放大電路。
[0049]電壓生成電路17是生成基準(zhǔn)電壓的電路，根據(jù)輸出電壓Vout而設(shè)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(zhǔn)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(jīng)由配線H6連接在引腳P6上。進(jìn)而，在引腳P6上，為了進(jìn)行相位補(bǔ)償而連接著例如電容器12。另外，作為相位補(bǔ)償，也可以是其他電路結(jié)構(gòu)。
[0050]比較電路19具有正輸入端和兩個負(fù)輸入端。在正輸入端輸入檢測電路16的輸出。在一個負(fù)輸入端輸入誤差放大電路18的輸出。其他負(fù)輸入端連接在電流生成電路20及端子SS上，經(jīng)由配線H8連接在引腳P8上。進(jìn)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(gòu)成軟起動電路，控制起動時的輸出電壓Vout。
[0051]在穩(wěn)定狀態(tài)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(zhǔn)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(zhǔn)電壓高的情況下輸出低電平。
[0052]驅(qū)動電路15在比較電路19的輸出是低電平的情況下進(jìn)行控制以使第一開關(guān)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(jìn)行控制以使第一開關(guān)元件Ql的開啟的期間變短。
[0053]此外，驅(qū)動電路15連接在端子EN上，經(jīng)由第二導(dǎo)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(dāng)啟動信號是高電平時，驅(qū)動電路15成為將第一及第二開關(guān)元件Q2、Q2開啟、關(guān)閉的通常動作模式。此外，在啟動信號是低電平的情況下，驅(qū)動電路15成為將第一及第二開關(guān)元件Q2、Q2控制為關(guān)閉狀態(tài)的待機(jī)模式。
[0054]此外，驅(qū)動電路15連接在端子BOOT上，經(jīng)由第二導(dǎo)電體Kl即配線Hl連接在引腳Pl上。進(jìn)而，在引腳Pl與引腳P3之間，連接著例如電容器11。當(dāng)?shù)谝婚_關(guān)元件Ql為關(guān)閉的狀態(tài)時，經(jīng)由電容器11對引腳P3供給電流。
[0055]這樣，半導(dǎo)體裝置I的DC-DC轉(zhuǎn)換器控制電路30通過控制電路14將第一及第二開關(guān)元件Q2、Q2開啟、關(guān)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。
[0056]另外，在圖2中，例示了半導(dǎo)體裝置I具有第二開關(guān)元件Q2的結(jié)構(gòu)。但是，第二開關(guān)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。
[0057]如上所述，通過半導(dǎo)體裝置I，在連接于DC-DC轉(zhuǎn)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(guān)元件Q2、Q2的開啟、關(guān)閉，生成在電源電位與接地電位之間進(jìn)行切換的電壓。
[0058]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。
[0059]此外，在第一及第二開關(guān)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。
[0060]隨著輸出電流大電流化，第一及第二開關(guān)元件Q2、Q2的面積變大，寄生電容21的靜電電容C也變大。
[0061]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(fā)生阻尼振蕩。此外，在流過第一及第二開關(guān)元件Q2、Q2的電流中也發(fā)生阻尼振蕩。
[0062]如果設(shè)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(I)式。
[0063][式I]
【權(quán)利要求】
1.一種半導(dǎo)體裝置，其特征在于，具備: 裝置主體，具有設(shè)置在半導(dǎo)體基板搭載部的周圍的、被供給電流及電壓中的至少某種的供給部分和被輸出或輸入信號的輸出或輸入部分；以及 半導(dǎo)體基板，具有在電源端子與接地端子之間連接的第一開關(guān)元件及第二開關(guān)元件、以及與DC-DC轉(zhuǎn)換器控制電路連接的輸入端子， 連接有上述第一開關(guān)元件的上述電源端子與上述供給部分之間的距離短于上述輸入端子與上述輸出或輸入部分之間的距離。
2.如權(quán)利要求1所述的半導(dǎo)體裝置，其特征在于，上述半導(dǎo)體基板配置為，相對于上述半導(dǎo)體基板搭載部的虛擬中心線向第一邊側(cè)偏移。
3.如權(quán)利要求1所述的半導(dǎo)體裝置，其特征在于， 上述半導(dǎo)體基板還具有第一端子， 上述第一開關(guān)元件連接在上述電源端子與上述第一端子之間， 上述第二開關(guān)元件連接在上述第一端子與上述接地端子之間， 上述DC-DC轉(zhuǎn)換器控制電路具有控制上述第一開關(guān)元件的控制電路， 上述控制電路具有: 電流檢測電路，對經(jīng)由上述供給部分流過上述第一開關(guān)元件的電流進(jìn)行檢測；以及誤差放大電路，以上述接地端子為基準(zhǔn)，檢測經(jīng)由上述輸出或輸入部分返回上述輸入端子的電壓的誤差。
4.一種DC-DC轉(zhuǎn)換器，其特征在于，具備: 如權(quán)利要求1?3中任一項(xiàng)所述的半導(dǎo)體裝置； 第一電感器，連接在上述DC-DC轉(zhuǎn)換器控制電路的輸出上；以及 第一電容器，連接在上述第一電感器與接地之間。
【文檔編號】H02M3/158GK103489854SQ201310384801
【公開日】2014年1月1日 申請日期:2010年9月1日 優(yōu)先權(quán)日:2009年12月25日
【發(fā)明者】齋藤浩, 和田龍, 后藤祐一 申請人:株式會社東芝