包括输出驱动电路的半导体器件、封装半导体器件及关联方法

包括输出驱动电路的半导体器件、封装半导体器件及关联方法
【专利摘要】描述了用于在包括输出引脚(310)和参考引脚(320)的封装中使用的半导体器件。该半导体器件包括可接合到所述输出引脚(310)的多个输出焊盘(111、112)、可接合到参考引脚(320)的多个参考焊盘(121、122)，以及输出驱动电路(400)。输出驱动电路(400)具有用于接收控制信号并且被布置成相对于依靠控制信号的参考焊盘(121、122)驱动多个输出焊盘(111、112)的控制端子(400C)。输出驱动电路(400)包括多个驱动部分(401、402)和选择电路(600)。每个驱动部分被布置成相对于依靠相应部分控制信号的单一参考焊盘(121、122)驱动输出焊盘(111、112)。多个参考焊盘(121、122)以一种一对一的关系被连接到多个驱动部分(401、402)。多个输出焊盘(111、112)以一种一对一的关系被连接到多个驱动部分(401、402)。选择电路被布置成依靠至少一个选择信号和控制信号给多个驱动部分(401、402)提供相应部分控制信号。还描述了一种封装半导体器件、一种测试的方法以及一种调节的方法。
【专利说明】包括输出驱动电路的半导体器件、封装半导体器件及关联 方法

【技术领域】
[0001] 本发明涉及包括输出驱动电路的半导体器件、封装半导体器件以及用于测试和调 节这样的封装半导体器件的方法。

【背景技术】
[0002] 在封装中，半导体器件通常作为封装半导体器件被提供。封装半导体器件通常有 多个引脚，从而允许典型地通过焊接将封装半导体器件连接到其它装置。封装半导体器件 的引脚通过诸如接合线或接合隆起的接合被连接到半导体器件的焊盘。携带小信号的引脚 通常通过单一接合被连接到单一焊盘，因为这样的单一接合可能容易地携带这样小信号的 电流。然而，当涉及大信号的时候，诸如在具有能够提供大电流的功率晶体管的功率驱动电 路中，就需要多个接合以携带关联的大电流：然后单一引脚通常通过多个接合被连接到多 个焊盘。然后，所述多个焊盘从功率晶体管平行地驱动，据此，每个焊盘和对应的接合携带 了大电流的一部分。例如，对于1A的功率晶体管，可以使用每个携带500mA的两个接合，或 可以使用每个携带l〇〇mA的10个接合。
[0003] 为了在最初以及在使用寿命中允许封装半导体器件正常作用，可需要所有接合被 正确连接到封装的引脚和半导体器件的焊盘上。如果例如对于上述的具有两个接合的1A 功率晶体管，接合线之一没有被正确连接，那么另一个接合线必须传导1A的满电流，据此， 在一段时间的操作之后，另一个接合线可能失效，因为该另一个接合线承载过大。虽然大多 数不正确连接的接合可通过紧跟在其制作期间执行接合之后测试封装半导体器件而被检 测到，但是一小部分不正确连接的接合可能通过该测试。具有这种不正确连接的接合的封 装半导体器件可能不够可靠，因为它可能例如在封装半导体器件被长时间使用之后导致装 置故障。
[0004] 因此，期望提供改进的封装半导体器件。可期望提供一种测试封装半导体器件中 的所有接合是否被正确连接的改进方法。


【发明内容】

[0005] 如所附权利要求中所描述的，本发明提供了一种包括输出驱动电路的半导体器 件、封装半导体器件、测试这样的封装半导体器件的方法和调节该封装半导体器件的方法。
[0006] 本发明的具体实施例在从属权利要求中被阐明。
[0007] 参考下文中描述的实施例，本发明的这些或其它方面将会显而易见并且被阐述。

【专利附图】

【附图说明】
[0008] 参考附图，仅仅通过举例的方式，本发明的进一步细节、方面和实施例将被描述。 为了简便以及清晰图示了附图中的元素，并且附图中的元素不一定按比例绘制。
[0009] 图1示意性地示出了现有技术封装半导体器件的例子；
[0010] 图2示意性地示出了根据实施例的封装半导体器件的例子；
[0011] 图3示意性地示出了根据另一个实施例的封装半导体器件的例子；
[0012] 图4和图5示意性地示出了测试封装半导体器件的方法的实施例的例子；
[0013] 图6示意性地示出了根据再一个实施例的封装半导体器件的例子。

【具体实施方式】
[0014] 图1示意性地示出了包括半导体器件2P和封装3P的现有技术封装半导体器件1P 的例子。封装3P包括多个引脚300。所述多个引脚包括输出引脚310和参考引脚320。半 导体器件1P包括多个焊盘100。所述多个焊盘100包括多个输出焊盘111、112以及多个参 考焊盘121、122。焊盘100通过接合线200被接合到引脚300。所述多个输出焊盘111、112 的所有输出焊盘111、112通过相应多个接合线211、212被连接到封装3P的输出引脚310。 所述多个参考焊盘的所有参考焊盘121、122通过相应多个另外的接合线221、222被接合到 封装2P的参考引脚320。
[0015] 半导体器件2P还具有输出驱动40,在该例子中，是功率晶体管，其具有参考端子 40R、输出端子40T以及控制端子40C。控制端子40C设置有控制信号缓冲50。参考端子40R 被连接到所有参考焊盘121、122。输出端子40T被连接到所有输出焊盘111、112。因此，驱 动电路40被布置成在控制端子40C接收控制信号"开启"以及依靠该控制信号相对于所述 多个参考焊盘121、122驱动所述多个输出焊盘111、112。例如，如果控制信号"开启"对应 于逻辑" 1"，则输出驱动电路40允许1A的电流流向输出焊盘111、112,反之，如果控制信号 "开启"对应于逻辑" 〇 "，输出驱动电路40阻止电流流动。
[0016] 示例性封装半导体器件1P可能具有低欧姆功率晶体管，因为驱动电路40被设计 成传递1A的电流以及具有作为标称值的1欧姆的驱动电阻。这样的示例性封装半导体器 件1P可以使用两根接合线211、212以用于将输出焊盘111U12连接到输出引脚310,以及 可以使用其它两根接合线221、222以用于将参考焊盘121、122连接到参考引脚320。每根 接合线211、212以及每根另外的接合线221、222可以有0. 2欧姆的电阻。因此，平行排列 的两根正确接合的接合线211、212可以在输出焊盘111U12和输出引脚310之间有0. 1欧 姆的电阻。这同样适应于两根正确接合的接合线221、222。如果两根接合线211、212以及 两根另外的接合线211、212被正确连接，那么参考引脚320和输出引脚310之间的总的输 出电阻因此可以是0. 1+1+0. 1 = 1. 2欧姆。然而，例如当接合线211不被正确连接的时候， 只有一根单一接合线212通过0. 2欧姆的电阻将半导体器件连接到输出引脚310,因此，参 考引脚320和输出引脚310之间的总的输出电阻可以是0.2+1+0. 1 = 1.3欧姆，因此，和上 述的1. 2欧姆有0. 1欧姆的差别，这说明测试总电阻可被用来检测一根（或多根）接合线 或另外的接合线是否被正确连接。然而，组件的扩展可具有相似的或甚至更大的尺寸。例 如，驱动电阻可以在〇. 7至1. 3欧姆之间变化，这不再允许检测所有不正确连接。
[0017] 图2示意性地示出了根据实施例的封装半导体器件1的例子。封装半导体器件1 包括半导体器件2和封装3。封装3包括多个引脚300。所述多个引脚包括输出引脚310 和参考引脚320。半导体器件1包括多个焊盘100。所述多个焊盘100包括多个输出焊盘 111、112以及多个参考焊盘121、122。焊盘100通过接合线200被接合到引脚300。所述多 个输出焊盘111U12的所有输出焊盘111U12通过相应多个接合线211、212被接合到封装 3的输出引脚310。所述多个参考焊盘的所有参考焊盘121U22通过相应多个另外的接合 线221、222被接合到封装2的参考引脚320。
[0018] 半导体器件2还具有输出驱动电路400,输出驱动电路400具有多个驱动部分 401、 402、用于接收控制信号的控制端子400C以及选择电路600。每个驱动部分401、402具 有用于接收部分控制信号的控制端子401C、402C。每个驱动部分401、402具有驱动控制端 子401C、402C以用于接收部分控制信号。每个驱动部分401、402具有部分参考端子401R、 402R以及部分输出端子401T、402T。因此，半导体器件2具有多个部分参考端子401R、402R 以及与所述多个驱动部分的相应驱动部分401、402关联的多个部分输出端子401T、402T。
[0019] 每个部分参考端子401R、402R被连接到源自所述多个参考焊盘的相应单一参考 焊盘121、122。即，部分参考端子401R被连接到参考焊盘121而不是参考焊盘122,而部分 参考端子402R被连接到参考焊盘122而不是参考焊盘121。这同样适用于被连接到源自所 述多个输出焊盘的相应单一输出焊盘111、112的每个部分输出端子401T、402T。
[0020] 选择电路600具有用于接收表示为"sel"的至少一个选择信号的至少一个选择输 入端子400S。选择电路600还具有经由控制信号缓冲器50被连接到控制端子400C以用于 从控制端子400C接收控制信号的选择控制端子600C。选择电路600还具有多个选择输出 端子601C、602。所述多个选择输出端子的每个选择输出端子被连接到所述多个驱动部分的 相应驱动部分401、402的相应部分控制端子401C、402并且被布置成依靠至少一个选择信 号和控制信号给所述多个驱动部分的每个部分控制端子401C、402C提供相应部分控制信 号。
[0021] 所述多个参考焊盘121U22以一对一的关系被连接到所述多个驱动部分401、 402。 因此，所述多个参考焊盘121U22被连接到由所述多个驱动部分的所有部分参考端子 形成的所述多个部分参考端子401R、402R。
[0022] 所述多个输出焊盘111U12以一对一的关系被连接到所述多个驱动部分401、 402。因此，所述多个输出焊盘111U12被连接到由所述多个驱动部分的所有部分输出端子 形成的所述多个部分输出端子401T、402T。
[0023] 因此，每个驱动部分401、402被布置成依靠相应驱动部分401、402的相应部分控 制信号相对于一个关联参考焊盘121或122驱动一个输出焊盘111或112。因此，驱动部 分401被布置成依靠在部分控制端子401C提供的部分控制信号相对于参考焊盘121驱动 输出焊盘111，而驱动部分402被布置成依靠在部分控制端子402C提供的部分控制信号相 对于参考焊盘122驱动输出焊盘112。
[0024] 因此，输出驱动电路400可以被布置成在控制端子上接收控制信号并能够依靠通 过将适当的至少一个选择信号应用到输出驱动电路的控制信号相对于所述多个参考焊盘 121、122驱动所述多个输出焊盘111、112。
[0025] 所述至少一个选择信号可以包括用于选择性地启用或禁用对应驱动部分的多个 部分启用信号。例如，所述至少一个选择信号"sel"可以包括用于启用驱动部分401的"向 上启动"信号和用于启用驱动部分402的"向下启用"信号。提供给所述多个驱动部分的 每个部分控制端子401C、402C的部分控制信号依靠选择信号和控制信号被选择电路600驱 动。本领域所属技术人员将了解可以使用至少一个选择信号的替代实施例的替代实施例， 例如，模拟信号。而且，所述至少一个选择信号可以例如是实时信号或从诸如选择电路可访 问的寄存器的存储器元件是可检索的。在替代或其它实施例中，所述至少一个选择信号可 以在缓冲电路中被缓冲（未单独示出）以及选择电路可以是可操作的以从缓冲器中获得所 述至少一个选择信号。选择电路可以包括缓冲器电路以用于保持所述至少一个选择信号作 为由所述至少一个选择输入端子400C最后接收的选择信号。因此，所述至少一个选择信号 的最后值可以被保持而无须持续应用至少一个选择信号。因此，这种缓冲器电路可以例如 允许存储与在驱动电路的正常操作模式下启用所述多个驱动部分的所有驱动部分相对应 的选择信号的值。缓冲电路可以包括存储器元件，诸如一个寄存器或多个寄存器。
[0026] 在实施例中，选择电路600在多个模式是可操作的，所述模式依靠所述至少一个 选择信号是可选择的。所述多个模式可以包括与一次一个地启用所述多个驱动部分的驱动 部分相对应的测试模式。驱动电路400可因此在测试模式下一次用一个驱动部分进行操 作。因此，可测试各个驱动部分以及到那的电气连接，诸如输出引脚310的串联排列、接合 线211到输出引脚310的连接、接合线211、接合线到输出焊盘111的连接、输出焊盘111、 输出焊盘111到对应的驱动部分401的输出端子401T的连接、驱动部分401的串联电阻、 参考端子401C到参考焊盘121的连接、参考焊盘121、另外的接合线221到参考焊盘121 的连接、另外的接合线221、另外的接合线221到参考引脚320和参考引脚320的连接。所 述多个模式可能还包括正常操作模式，该正常操作模式同时对应于启用所有驱动部分。因 此，驱动电路400可被操作以驱动通过与源自所述多个驱动部分的所有驱动部分的驱动信 号的总和相对应的总驱动信号在输出引脚310和参考引脚320之间连接的外部连接装置。 例如，有了多个N个驱动部分，每个包括作为开关可操作的功率晶体管，每个驱动部分可与 总驱动电流的第1/N个的驱动电流相关联。
[0027] 在替代实施例中，所述多个驱动部分包括两个驱动部分、三个驱动部分或四个驱 动部分。因此，输出引脚310可分别经由两个、三个或四个接合211、212被连接到相应输出 焊盘111、112,其中输出焊盘被连接到相应驱动部分401、402。类似地，参考引脚可分别经 由两个、三个或四个接合212、222被连接到相应参考焊盘121、122,其中参考焊盘被连接到 相应驱动部分401、402。因为所述多个驱动部分是两个、三个或四个，所以所有装置区域需 要提供输出焊盘和参考焊盘，以便它们可通过接合线被接合并且将源自驱动部分401、402 的半导体器件2上的路线提供给输出焊盘111、112,并且与大多数驱动部分相比，参考焊盘 121U22可更有优势。对于参考图1所描述的装置，如果技术人员想通过使用大量的接合来 改进装置的稳健性以防止不正确或无效接合，那么例如可以考虑这样的更大的数量，据此， 接合之一的无效仅会导致其它接合的驱动信号的低增长。例如，当每个引脚使用10个接合 的时候，如果一个接合无效，则九个正确接合上的每个接合的负载仅会增加10%。因此，与 这样的封装半导体器件相比，所使用的所有装置区域可被减少，同时改进了可靠性。而且， 因为所述多个驱动部分401、402是两个、三个或四个，所以不正确接合的风险可被合理降 低，并且制作封装半导体器件的收益可更大，而更大数量可能导致更小收益。
[0028] 在实施例中，每个驱动部分被布置成分别相对于具有在10mA至2A范围内安培数 的单一参考焊盘121、122驱动单一输出焊盘111、112。在实施例中，每个驱动部分被布置成 分别相对于具有l〇〇mA至1A范围内的安培数的单一参考焊盘121、122驱动单一输出焊盘 111、112。对于这些安培范围，接合的可靠性可能尤其重要，因为该接合需要承受相对大的 电流。然而，应注意，本发明也可在其它安培范围内被应用。
[0029] 根据实施例，每个驱动部分401包括连接在驱动部分401的部分参考端子401R和 部分输出端子401T之间的功率晶体管，并且部分控制端子401C被布置成控制功率晶体管。 在实施例中，功率晶体管是M0SFET。因此，该部分控制端子可对应于M0SFET的栅极。部分 参考端子401R和部分输出端子401T可对应于M0SFET的源极和漏极，这种对应取决于功率 晶体管是P-型或N-型晶体管。因此，选择电路600可实质上被直接连接到驱动部分401 的M0SFET的栅极。在另一个实施例中，功率晶体管是双极结晶体管（BJT)。因此，部分控制 端子可对应于BJT的基极。部分参考端子401R和部分输出端子401T可对应于BJT的发射 器和集电极，这种对应取决于BJT是PNP-型或NPN-型晶体管。因此，选择电路600可实质 上被直接连接到驱动部分401的BJT的基极。
[0030] 图3示意性地示出了根据另一个实施例的图2的封装半导体器件1的例子。图4 示出了选择电路600的示例性实施例。在该示例性实施例中，所述至少一个选择输入端子 400S包括多个选择输入401S、402S。所述至少一个选择信号"sel"包括多个部分启用信号 以用于选择地启用或禁用对应驱动部分。在该例子中，所述多个部分启用信号包括"向上 启用"信号，其中该信号被提供给选择输入端子401S以用于启用驱动部分401，以及"向下 启用"信号，其中该信号被提供给选择输入端子402S以用于启用驱动部分402。在该例子 中，所述多个部分启用信号的每个作为独立信号被提供。选择电路600的示例性实施例包 括两个逻辑"与"单元601、602。每个逻辑"与"单元601、602被布置成在选择启用信号和 控制信号之间执行逻辑"与"行为。逻辑"与"单元601在"向上启用"信号和控制信号之间 执行了 "与"以为驱动部分401获得其部分控制信号。如果"向上启用"信号和控制信号都 是"1"，那么驱动部分401经由其部分控制信号被启用并且被控制以传递电流；如果"向上 启用"信号是" 1"而控制信号是"〇"，那么驱动部分401被启用并且被控制以不传递电流； 如果"向上启用"信号是"〇"，不考虑控制信号，那么驱动部分401被有效禁用并且被控制以 不传递电流。因此，选择电路600可被操作以提供测试模式，其中
[0031] 驱动部分401和402被一次一个地启用，以及提供正常操作模式，其中驱动部分 401和402根据下表中的"向上启用"信号和"向下启用"信号被启用。
[0032] 表 1
[0033]

【权利要求】
1. 一种用于在包括输出引脚（310)和参考引脚（320)的封装（3)中使用的半导体器 件（2)，所述半导体器件包括可接合到所述输出引脚（310)的多个输出焊盘（111、112)、可 接合到所述参考引脚（320)的多个参考焊盘（121、122)，以及输出驱动电路（400)，所述输 出驱动电路（400)具有用于接收控制信号并且被布置成相对于依靠所述控制信号的所述 多个参考焊盘（121U22)驱动所述多个输出焊盘（111U12)的控制端子（400C)， 所述输出驱动电路（400)包括多个驱动部分（401、402)和选择电路（600)， 每个驱动部分（401、402)具有用于接收部分控制信号的驱动控制端子（401C、402C)、 部分参考端子（401R、402R)和部分输出端子（401T、402T)，所述部分参考端子（401R)被连 接到源自所述多个参考焊盘（121U22)的单一参考焊盘（121)，所述部分输出端子（401Τ) 被连接到源自所述多个输出焊盘（111U12)的单一输出焊盘（111)，所述驱动部分被布置 成相对于依靠所述部分控制信号的所述单一参考焊盘（121U22)驱动所述单一输出焊盘 (111、112)， 所述多个参考焊盘（121U22)以一对一的关系被连接到所述多个驱动部分（401、 402)， 所述多个输出焊盘（111U12)以一对一的关系被连接到所述多个驱动部分（401、 402)， 所述选择电路具有用于接收至少一个选择信号的至少一个选择输入端子（401S、 402S)、被连接到所述控制端子（400C)以用于接收所述控制信号的选择控制端子出00〇、 多个选择输出端子（601C、602)，所述多个选择输出端子的每个选择输出端子被连接到所述 多个驱动部分（401、402)的相应驱动部分的相应选择控制端子（401C、402C)并且被布置成 依靠所述至少一个选择信号和所述控制信号给所述多个驱动部分（401、402)的每个所述 选择控制端子（401C、402C)提供相应部分控制信号。
2. 根据权利要求1所述的半导体器件，所述选择电路（600)在多个模式是可操作的，所 述模式依靠所述至少一个选择信号是可选择的，所述多个模式包括测试模式和正常操作模 式，所述测试模式对应于每次一个地启用所述多个驱动部分的驱动部分（401、402)，所述正 常操作模式对应于同时启用所有驱动部分（401、402)。
3. 根据权利要求1所述的半导体器件，所述多个驱动部分由两个驱动部分（401、402) 组成。
4. 根据权利要求1所述的半导体器件，所述多个驱动部分由三个驱动部分组成。
5. 根据权利要求1所述的半导体器件，所述多个驱动部分由四个驱动部分组成。
6. 根据任何一项前述权利要求所述的半导体器件，每个驱动部分被布置成相对于所述 单一参考焊盘（121 ;122)用在10mA至2A范围内的安培数驱动所述单一输出焊盘（111 ; 112)。
7. 根据权利要求5所述的半导体器件，每个驱动部分被布置成相对于所述单一参考焊 盘（121 ;122)用在100A至1A范围内的安培数驱动所述单一输出焊盘（111 ;112)。
8. 根据任何一项前述权利要求所述的半导体器件，每个驱动部分包括功率晶体管，所 述功率晶体管被连接在所述驱动部分（401)的所述部分参考端子（401R)和所述部分输出 端子（401T)和被布置成控制所述功率晶体管的所述部分控制端子（401C)之间。
9. 根据任何一项前述权利要求所述的半导体器件，所述选择电路包括用于将所述至少 一个选择信号保持为最后被所述至少一个选择输入端子（401S、402S)接收的缓冲电路。
10. -种封装半导体器件（1)，包括根据任何一项前述权利要求所述的半导体器件（2) 和具有输出引脚（310)和参考引脚（320)的封装（3)，所述输出引脚（310)被连接到所述半 导体器件（2)的所述多个输出盘的所有输出盘（111、211)，以及所述参考引脚（320)被连接 到所述半导体器件（2)的所述多个参考焊盘的所有参考焊盘（121、122)。
11. 根据权利要求10所述的封装半导体器件，所述输出引脚使用多个接合线（211、 212)被连接到所有输出焊盘，每根接合线（211、212)将所述输出焊盘（111、112)之一连接 到所述输出引脚（310)，并且所述参考引脚（320)使用多个另外的接合线（221、222)被连接 到所有参考焊盘（121、122)，每根另外的接合线（221、222)将所述参考焊盘（121、122)之一 连接到所述参考引脚（320)。
12. 根据权利要求10所述的封装半导体器件，所述输出引脚（310)使用多个接合隆起 (211B、212B)被连接到所有输出焊盘（111、112)并且所述参考引脚（320)使用多个另外的 隆起（221B、222B)被连接到所有参考焊盘（121、122)。
13. -种测试封装半导体（1)的方法，所述封装半导体（1)包括根据权利要求1-9中的 任何一项所述的半导体器件（2)以及具有输出引脚（310)和参考引脚（320)的封装（3)，所 述方法包括： 执行以下行为的序列： 调节所述至少一个选择信号并给所述选择电路的所述至少一个选择输入端子提供 (12)所述至少一个选择信号以选择所述多个驱动部分的单一驱动部分， 调节并给所述输出驱动电路的所述控制端子（400C)提供（13)所述控制信号以激活所 述单一驱动部分，以及 测试（14)所述输出引脚和参考引脚之间的导电性，所述测试包括获得所述导电性的 测量以及将所述测量和预定阈值电平进行比较以获得比较结果；以及 得出（17)所述输出引脚是否被连接到所述半导体器件的所述多个输出焊盘的所有输 出焊盘、以及所述参考引脚是否被连接到所述半导体器件的所述多个参考焊盘的所有参考 焊盘的结论。
14. 一种调节根据权利要求10-12中的任何一项所述的封装半导体器件的方法，所述 方法包括调节所述至少一个选择信号并给所述选择电路的所述至少一个选择输入端子提 供所述至少一个选择信号以选择所述多个驱动部分的所有驱动部分。
15. -种测试并调节封装半导体器件的方法，所述方法包括使用根据权利要求13所述 的方法测试所述封装半导体器件，并且使用根据权利要求14所述的方法调节所述封装半 导体器件。
【文档编号】H01L23/52GK104160500SQ201280070450
【公开日】2014年11月19日 申请日期:2012年2月24日 优先权日:2012年2月24日
【发明者】胡贝特·博德 申请人:飞思卡尔半导体公司