半导体装置及dc-dc转换器的制造方法
【专利摘要】本发明为解决现有技术中很难降低寄生电感，在扩大能够利用的切换频率方面存在极限的为题，提供一种具备装置主体和半导体基板的半导体装置。根据实施方式，装置主体具有半导体基板搭载部及设在上述半导体基板搭载部的周围的第一导电体。半导体基板包括具有检测电路的DC-DC转换器控制电路，配设在上述半导体基板搭载部上，以使上述检测电路接近于上述第一导体侧，上述检测电路检测经由上述第一导电体流动的电流及施加的电压中的至少某个。
【专利说明】半导体装置及DC-DC转换器
[0001]发明为下述申请的分案申请，原申请信息如下:
[0002]申请号:201010270751.7
[0003]申请日:2010年09月01日
[0004]发明名称:半导体装置及DC-DC转换器
[0005]本申请基于2009年12月25日提出申请的日本专利申请第2009 — 295981号并主张其优先权，这里引用其全部内容。
【技术领域】
[0006]本发明涉及半导体装置及DC-DC转换器。
【背景技术】
[0007]例如，在包括DC-DC转换器等的开关元件的切换电路中，要求对于负载变动的高速响应性，切换频率高频率化。此外，随着输出电流的大电流化，驱动电感器的开关元件的寄生电容增加。
[0008]在这样的切换电路中，在输出电流或输出电压变化的上升及下降的两边缘有发生阻尼振荡的倾向。因而，能够利用的切换频率被限制在该阻尼振荡收敛的时间中，所以受到寄生电容、配线等的寄生电感限制。
[0009]一般，配设有这样的切换电路的半导体芯片装配安装在引线框上，不论芯片尺寸如何，该半导体芯片都装配在引线框的中央。此外，为了减小基板面积，还已知有将多个半导体芯片层叠搭载在基板上的芯片层叠型半导体装置。在该半导体装置中，在将第一及第二半导体芯片层叠在基板上的情况下，将第一半导体芯片的虚拟中心轴从基板的中心偏移地配置该第一半导体芯片(例如参照专利文献I)。
[0010]但是，在上述那样的安装构造中，很难降低寄生电感，在扩大能够利用的切换频率方面存在极限。
[0011][专利文献I]日本特开2005- 26564号公报
【发明内容】
[0012]本发明就是为了解决上述问题而完成的。
[0013]本发明的技术方案是一种半导体装置，其特征在于，具备:装置主体，具有半导体基板搭载部及设在上述半导体基板搭载部的周围的第一导电体；以及半导体基板，包括具有检测电路的DC-DC转换器控制电路，配设在上述半导体基板搭载部上，以使上述检测电路接近于上述第一导体侧，上述检测电路检测经由上述第一导电体流动的电流及施加的电压中的至少某个。
【专利附图】
【附图说明】
[0014]图1是例示有关实施方式的半导体装置的结构的平面示意图。[0015]图2是例示包括图1所示的半导体装置的DC-DC转换器的电路图。
[0016]图3是第一开关元件的电流波形图，图3 (a)是偏移量为Ομπι的情况，图3 (b)是偏移量同样为600 μ m的情况。
[0017]图4是例示有关实施方式的DC-DC转换器的电路图。
[0018]图5是例示有关实施方式的DC-DC转换器的电路图。
【具体实施方式】
[0019]根据实施方式，提供一种具备装置主体和半导体基板的半导体装置。装置主体具有半导体基板搭载部及设在上述半导体基板搭载部的周围的第一导电体。半导体基板包括具有检测电路的DC-DC转换器控制电路，配设在上述半导体基板搭载部上，以使上述检测电路接近于上述第一导体侧，上述检测电路检测经由上述第一导电体流动的电流及施加的电压中的至少某个。
[0020]以下，参照附图对实施方式详细地说明。附图是示意性的或概念性的，各部分的形状及纵横的尺寸关系、部分间的大小的比率等并不一定与现实相同。此外，在表示相同的部分的情况下，也有通过附图而将相互的尺寸及比率差别表示的情况。另外，在本说明书和各图中，对于与已出的图有关的已述要素相同的要素赋予相同的标号而适当省略详细的说明。
[0021]图1是例示有关实施方式的半导体装置的结构的平面示意图。
[0022]如图1所示，半导体装置I具备半导体基板2、装置主体3。
[0023]在半导体基板2上，设有DC-DC转换器控制电路30。此外，DC-DC转换器控制电路30具有检测电路16。此外，半导体基板2具有四边。
[0024]在半导体基板2上，在第一边5侧设有端子BOOT、电源端子VIN、第一端子LX、以及接地端子GND。在与第一边5对置的一侧设有端子VFB、C0MP、EN、SS。电源端子VIN、第一端子LX、接地端子GND连接在检测电路16上。端子BOOT、VFB、COMP、ΕΝ、SS连接在DC-DC转换器控制电路30上。
[0025]装置主体3具有装配(搭载)半导体基板2的半导体基板搭载部4、和设在半导体基板搭载部4的周围的第一导电体Κ2?Κ4、第二导电体Κ1、Κ5?Κ8。第一及第二导电体Kl?Κ8具有多个引脚Pl?Ρ8、和配线Η1、第一配线Η2?Η4、配线Η5?Η8。
[0026]第一导电体Κ2?Κ4的引脚Ρ2?Ρ4是从与半导体基板2相反侧对第一导电体Κ2?Κ4供给电流及电压中的至少某个的部分。此外，第二导电体Κ1、Κ5?Κ8的引脚Ρ1、Ρ5?Ρ8是从与半导体基板2相反侧对第二导电体Κ1、Κ5?Κ8输出或输入信号的部分。
[0027]半导体基板2的虚拟中心线DL相对于半导体基板搭载部4的虚拟中心线IL向第一边5侧偏移了偏移量DW而配置。另外，在图1中，例示了装置主体3在半导体基板搭载部4的两侧具有第一及第二导电体Kl?Κ8的结构。但是，也可以在半导体基板搭载部4的周围设置第一及第二电极。
[0028]端子ROOT和引脚Pl通过配线Hl连接。引脚Pl和配线Hl构成第二导电体Kl。端子ROOT为第二导电体Kl与半导体基板2的连接部。
[0029]电源端子VIN和引脚P2通过第一配线H2连接。引脚P2和第一配线H2构成第一导电体K2。电源端子VIN为第一导电体K2与半导体基板2的连接部。第一端子LX和引脚P3通过第二配线H3连接。引脚P3和第二配线H3构成第一导电体K3。第一端子LX为第一导电体K3与半导体基板2的连接部。接地端子GND和引脚P4通过第三配线H4连接。引脚P4和第三配线H4构成第一导电体K4。接地端子GND为第一导电体K4与半导体基板2的连接部。
[0030]端子VFB和引脚P5通过配线H5连接。引脚5和配线H5构成第二导电体K5。端子COMP和引脚P6通过配线H6连接。引脚P6和配线H6构成第二导电体K6。端子EN和引脚P7通过配线H7连接。引脚P7和配线H7构成第二导电体K7。端子SS和引脚P8通过配线H8连接。引脚P8和配线H8构成第二导电体K8。
[0031]另外,第一配线H2?H4、配线H1、H5?H8例如由接合线、金属板等构成。
[0032]如上所述，由于半导体基板2的虚拟中心线DL相对于半导体基板搭载部4的虚拟中心线IL向第一边5侧偏移配置，所以配线Hl、第一?第三配线H2?H4比配线H5?H8短。
[0033]S卩，半导体基板2配设在半导体基板搭载部4上，以使检测电路16接近于第一导电体K2?K4。因此，与半导体基板2配置在半导体基板搭载部4的中央时相比，第一导电体K2?K4的长度较短。
[0034]此外，半导体基板2配设在半导体基板搭载部4上，以使检测电路16相对于与第二导电体K5?K8侧的距离来说更接近于第一导电体K2?K4侧。
[0035]另外，在图1中，表示引脚Pl?P8相互连接的半导体装置I的组装时的状态。在组装完成后的半导体装置I的使用时，将引脚Pl?P8间的各自的连接切离。
[0036]图2是例示包括图1所示半导体装置的DC-DC转换器的电路图。
[0037]如图2所不,DC-DC转换器6具备半导体装置1、第一电感器7、第一电容器8、反馈电路9、电容器11?13。
[0038]第一电感器7的一端连接在半导体装置I的引脚P3上，经由第二配线H3连接在第一端子LX上。S卩,第一电感器7的一端经由第一导电体K3连接在DC-DC转换器控制电路的输出上。
[0039]在第一电感器7的另一端与接地之间，并联连接着第一电容器8及反馈电路9。此夕卜，在第一电感器7的另一端与接地之间连接着负载电路10,输出电压Vout被输出给负载电路10。反馈电路9具有分压电阻，将把输出电压Vout分压后的电压反馈给半导体装置I的第二导电体K5、S卩引脚P5。另外，在图2中，虽然将把输出电压Vout分压后的电压反馈给引脚P5，但也可以将输出电压Vout反馈给弓丨脚P5。
[0040]电容器11连接在半导体装置I的第二导电体Kl与第一导电体K3之间、S卩引脚Pl与引脚P3之间。电容器12连接在半导体装置I的第二导电体K6即引脚P6与接地之间。电容器13连接在半导体装置I的第二导电体K8即引脚P8与接地之间。此外，对半导体装置I的第一导电体K2、S卩引脚P2供给电源电压，半导体装置I的第一导电体K4即引脚P4连接在接地上。此外，在引脚P2与接地之间，作为旁通电容器而连接有电容器23，引脚P2交流地与接地连接。对于半导体装置I的第二导电体K7即引脚P7输入启动信号。关于半导体装置I的各引脚Pl?P8的功能在后面叙述。
[0041]DC-DC转换器6将供给到半导体装置I中的电源电压降压为输出电压Vout。
[0042]DC-DC转换器控制电路30还具有设在半导体基板2上的第一开关元件Ql、第二开关元件Q2、控制电路14。
[0043]第一开关元件Ql的一端连接在电源端子VIN上，另一端连接在第一端子LX上。第二开关元件Q2的一端连接在第一端子LX上，另一端连接在接地端子GND上。
[0044]如上所述，电源端子VIN、第一端子LX及接地端子GND分别连接在第一导电体K2?K4上。即，通过第一配线?第三配线H2?H4分别连接在装置主体3的引脚P2?P4上。这些第一配线?第三配线H2?H4与寄生电感电等价。另外，引脚P2?P4的截面积与第一配线?第三配线H2?H4相比足够大，引脚P2?P4的电感相对于第一配线?第三配线H2?H4的电感足够小。因此，第一导电体K2?K4的电感大致等于第一配线?第三配线H2?H4的电感。关于第二导电体K1、K5?K8也是同样的。
[0045]引脚Ρ2、Ρ4分别连接在外部的电源和接地上，如上所述，对于引脚Ρ2、Ρ4间供给电源电压。
[0046]第一及第二开关元件Q1、Q2分别被控制电路14控制为开启、关闭的状态。在第一开关元件Ql是开启、第二开关元件Q2是关闭的状态的情况下，将第一端子LX连接在电源端子VIN上。此外，在第一开关元件Ql是关闭而第二开关元件Q2是开启的状态的情况下，将第一端子LX连接在接地端子GND上。
[0047]控制电路14具有驱动电路15、检测电路16、电压生成电路17、误差放大电路18、比较电路19、电流生成电路20。
[0048]控制电路15将第一及第二开关元件Q2、Q2驱动为开启、关闭的状态，以使反馈给端子VFB的电压为一定、即输出电压Vout为一定。检测电路16连接在电源端子VIN、第一端子LX、接地端子GND上，是检测经由第一导电体K2?K4流过第一开关元件Ql的电流的电流检测电路。检测电路16通过检测流过第一开关元件Ql的电流，检测DC-DC转换器控制电路30的输出电流。检测电路16包括检测晶体管、电阻、差动放大电路。
[0049]电压生成电路17是生成基准电压的电路，根据输出电压Vout而设定。误差放大电路18将输入到端子VFB中的电压与由电压生成电路17生成的基准电压之间的误差放大。此外，误差放大电路18连接在端子COMP上，经由配线H6连接在引脚P6上。进而，在引脚P6上，为了进行相位补偿而连接着例如电容器12。另外，作为相位补偿，也可以是其他电路结构。
[0050]比较电路19具有正输入端和两个负输入端。在正输入端输入检测电路16的输出。在一个负输入端输入误差放大电路18的输出。其他负输入端连接在电流生成电路20及端子SS上，经由配线H8连接在引脚P8上。进而，在引脚P8上连接例如电容器13。电流生成电路20及电容器13构成软起动电路，控制起动时的输出电压Vout。
[0051]在稳定状态下，电容器13被电流生成电路20充电到一定电位。比较电路19将检测电路16的输出与误差放大电路18的输出比较。比较电路19在输入到端子VFB中的电压比基准电压低的情况下输出高电平、在输入到端子VFB中的电压比基准电压高的情况下输出低电平。
[0052]驱动电路15在比较电路19的输出是低电平的情况下进行控制以使第一开关元件Ql的开启的期间变长。此外，在比较电路19的输出是高电平的情况下进行控制以使第一开关元件Ql的开启的期间变短。
[0053]此外，驱动电路15连接在端子EN上，经由第二导电体K7即配线H7连接在引脚P7上。在引脚P7中，如上所述，从外部输入启动信号。当启动信号是高电平时，驱动电路15成为将第一及第二开关元件Q2、Q2开启、关闭的通常动作模式。此外，在启动信号是低电平的情况下，驱动电路15成为将第一及第二开关元件Q2、Q2控制为关闭状态的待机模式。
[0054]此外，驱动电路15连接在端子BOOT上，经由第二导电体Kl即配线Hl连接在引脚Pl上。进而，在引脚Pl与引脚P3之间，连接着例如电容器11。当第一开关元件Ql为关闭的状态时，经由电容器11对引脚P3供给电流。
[0055]这样，半导体装置I的DC-DC转换器控制电路30通过控制电路14将第一及第二开关元件Q2、Q2开启、关闭，将反馈给端子VFB的电压控制为一定。因而，通过控制电路14将输出电压控制为一定。
[0056]另外，在图2中，例示了半导体装置I具有第二开关元件Q2的结构。但是，第二开关元件Q2也可以替换成连接为使电流从接地端子GND向第一端子LX的方向流过的整流元件。
[0057]如上所述，通过半导体装置I，在连接于DC-DC转换器控制电路30的输出即引脚P3上的第一端子LX中，通过第一及第二开关元件Q2、Q2的开启、关闭，生成在电源电位与接地电位之间进行切换的电压。
[0058]如上所述，在被供给电源的引脚P2与电源端子VIN之间，有第一配线H2引起的寄生电感。在引脚P3与第一端子LX之间，有第二配线H3引起的寄生电感。在连接在外部的接地上的引脚P4与接地端子GND之间，有第三配线H4引起的寄生电感。
[0059]此外，在第一及第二开关元件Q2、Q2的漏极与背栅极(back gate)之间分别有寄生电容。在图2中，用连接在第一端子LX与接地端子GND之间的寄生电容21等价地表示。
[0060]随着输出电流大电流化，第一及第二开关元件Q2、Q2的面积变大，寄生电容21的静电电容C也变大。
[0061]在第一端子LX生成的电压中，在从接地电位变化为电源电位的上升、以及从电源电位变化为接地电位的下降这两个边缘处发生阻尼振荡。此外，在流过第一及第二开关元件Q2、Q2的电流中也发生阻尼振荡。
[0062]如果设寄生电感为L、寄生电容21的电容量为C，则阻尼振荡频率f0为(I)式。
[0063][式I]
[0064]
【权利要求】
1.一种半导体装置，其特征在于，具备: 装置主体，具有设置在半导体基板搭载部的周围的、被供给电流及电压中的至少某种的供给部分和被输出或输入信号的输出或输入部分；以及 半导体基板，具有在电源端子与接地端子之间连接的第一开关元件及第二开关元件、以及与DC-DC转换器控制电路连接的输入端子， 将连接有上述第一开关元件的上述电源端子与上述供给部分连接起来的配线的长度短于将上述输入端子与上述输出或输入部分连接起来的配线的长度。
2.如权利要求1所述的半导体装置，其特征在于，上述半导体基板配置为，相对于上述半导体基板搭载部的虚拟中心线向第一边侧偏移。
3.如权利要求1所述的半导体装置，其特征在于， 上述半导体基板还具有第一端子， 上述第一开关元件连接在上述电源端子与上述第一端子之间， 上述第二开关元件连接在上述第一端子与上述接地端子之间， 上述DC-DC转换器控制电路具有控制上述第一开关元件的控制电路， 上述控制电路具有: 电流检测电路，对经由上述供给部分流过上述第一开关元件的电流进行检测；以及误差放大电路，以上述接地端子为基准，检测经由上述输出或输入部分返回上述输入端子的电压的误差。
4.一种DC-DC转换器，其特征在于，具备: 如权利要求1?3中任一项所述的半导体装置； 第一电感器，连接在上述DC-DC转换器控制电路的输出上；以及 第一电容器，连接在上述第一电感器与接地之间。
【文档编号】H02M7/00GK103457483SQ201310384817
【公开日】2013年12月18日 申请日期:2010年9月1日 优先权日:2009年12月25日
【发明者】斋藤浩, 和田龙, 后藤祐一 申请人:株式会社东芝