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JP5533923B2 - 半導体装置 - Google Patents

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Description

本発明は、トーテムポール接続されたハイサイド側のパワー素子とローサイド側のパワー素子と制御ICを配置した半導体装置に関し、特にパッケージ化された半導体装置に関する。
制御ICの両サイドにMOSFETなどのパワー素子を配置した半導体装置は、例えばリードフレーム上のダイパッドにマウントされ、樹脂封止後に不要となったリードがカットされて使用される(例えば、特許文献1参照。)。図4はこのような制御ICの両サイドにパワー素子を配置した従来の半導体装置の回路構成を示すブロック図である。
パッケージ101の中に、ローサイド側のnチャネルのMOSトランジスタQ101およびハイサイド側のnチャネルのMOSトランジスタQ102と、それらを制御する制御IC110が収納されている。制御IC110には、高圧の起動電源用のVH端子パッド、制御電源用のVcc端子パッド、MOSトランジスタQ101に動作信号を出力するOUT端子パッド、GND端子(接地端子)パッドなどが設けられている。また外部端子として、VH端子パッドと接続されるVH端子、Vcc端子パッドと接続されるVcc端子、GND端子パッドと接続されるGND端子などが設けられている。
起動電源用VH端子パッドは、制御IC110の起動時に、外部の電源から制御IC110へ電力を供給するための端子パッドである。
図5は上記の従来の半導体装置の構造を示す断面図である。同図(a)は制御IC110に起動電源回路がない場合を示し、(b)は制御IC110に起動電源回路を内蔵した場合を示している。ローサイド用ダイパッド104、ハイサイド用ダイパッド105およびIC用ダイパッド106が設けられており、これらにMOSトランジスタQ101,Q102および制御IC110が搭載されている。リードフレーム102とそれに接続された複数のリード端子103が設けられており、MOSトランジスタQ101,Q102および制御IC110との間がワイヤーにて接続されるとともに、不要になったリード端子はカットされている。
同図(b)において、制御IC110は、起動電源回路を有している。そのため、制御IC110の起動時には、外部から起動用の電力を供給する必要がある。103aは、制御IC110の起動電源用のVH端子パッドに接続される高電圧のリード端子である。
特開2003−218309号公報
ところで、上記のような従来の半導体装置においては、制御ICに起動電源回路を内蔵した場合、外部から起動用の電力を供給する必要があり、制御ICの起動電源用のVH端子パッドと外部の起動用電源とを接続するための高電圧リード端子を設けなければならない。このため、半導体装置の端子数が増加するという問題がある。
また、図5(b)に示す構成では、高電圧のリード端子は、高電圧の電源に接続されるリード端子であるのに対し、これに隣接するリード端子は、低電圧リード端子である。そのため、両リード端子間の絶縁を確保するための沿面距離が必要になり、リード端子の間隔を広げるためパッケージサイズが大きくなるという問題点がある。
よって、端子数およびパッケージサイズに制限がある場合には採用することができない。
本発明は、このような点に鑑みてなされたものであり、制御ICに起動電源回路を内蔵した場合でも外部に高電圧端子を設ける必要がなく、端子数の増加やパッケージサイズが大きくなることはなく、ESD(静電放電)耐量が改善された半導体装置を提供することを目的とする。
本発明では上記課題を解決するために、制御ICと、トーテムポール接続されたハイサイド側のパワー素子およびローサイド側のパワー素子とを有する半導体装置において、前記ハイサイド側のパワー素子を搭載するハイサイド用ダイパッドに内部配線用のワイヤーパッドエリアを設け、前記制御ICの起動電源用パッドと前記ワイヤーパッドエリアとをワイヤーで接続したことを特徴とする半導体装置が提供される。
このような半導体装置によれば、ハイサイド側のパワー素子を搭載するハイサイド用ダイパッドに内部配線用のワイヤーパッドエリアを設けて、制御ICの起動電源用パッドとワイヤーパッドエリアとをワイヤーで接続しているので、制御ICに起動電源回路を内蔵した場合でも外部に高電圧端子を設ける必要がなく、端子数の増加やパッケージサイズが大きくなることはなく、ESD(静電放電)耐量が改善される。
本発明の半導体装置は、ハイサイド側のパワー素子を搭載するハイサイド用ダイパッドに内部配線用のワイヤーパッドエリアを設け、制御ICの起動電源用パッドとワイヤーパッドエリアとをワイヤーで接続しているので、制御ICに起動電源回路を内蔵した場合でも外部に高電圧端子を設ける必要がなく、端子数の増加やパッケージサイズが大きくなることはなく、ESD(静電放電)耐量が改善されるという利点がある。
本発明の実施の形態の半導体装置の回路構成を示すブロック図である。 実施の形態の半導体装置の構造を示す断面図である。 実施の形態の半導体装置の要部を示す構造図である。 従来の半導体装置の回路構成を示すブロック図である。 従来の半導体装置の構造を示す断面図である。
以下、本発明の実施の形態を図面を参照して説明する。
図1は本発明の実施の形態の半導体装置の回路構成を示すブロック図である。パッケージ1の中に、ローサイド側のパワー素子であるnチャネルのMOSトランジスタQ1およびハイサイド側のパワー素子であるnチャネルのMOSトランジスタQ2と、MOSトランジスタQ1を制御する制御IC10が収納されている。制御IC10には、高圧の起動電源用のVH端子パッド、制御電源用のVcc端子パッド、MOSトランジスタQ1のゲート(G)に動作信号を出力するOUT端子パッド、GND端子(接地端子)パッドなどが設けられている。また外部に導出されたリード端子として、VH端子パッドならびにMOSトランジスタQ2のドレイン(D)と接続されるD2端子、Vcc端子パッドと接続されるVcc端子、GND端子パッドと接続されるGND端子などが設けられている。
図2は上記の実施の形態の半導体装置の構造を示す断面図であり、同図(a)、(b)に示す半導体装置はともに制御IC10に起動電源回路を内蔵している。制御IC10の両側にローサイド側のMOSトランジスタQ1とハイサイド側のMOSトランジスタQ2とがそれぞれ配置されている。ローサイド側のMOSトランジスタQ1とハイサイド側のMOSトランジスタQ2とはトーテムポール接続され、リードフレーム2とそれに接続された上述の複数のリード端子3が設けられており、不要になったリード端子はカットされている。また、ローサイド用ダイパッド4、ハイサイド用ダイパッド5およびIC用ダイパッド6が設けられており、これらにMOSトランジスタQ1,Q2および制御IC10が搭載されている。
上記のようにローサイド側のMOSトランジスタQ1とハイサイド側のMOSトランジスタQ2が直列接続された半導体装置において、それらのトランジスタQ1,Q2の接続点、つまりローサイド側のMOSトランジスタQ1のドレイン(D)とハイサイド側のMOSトランジスタQ2のソース(S)の接続点と繋がる外部端子(リード端子)から不図示のパワー素子(MOSFETなど)の制御端子に駆動信号が出力されると、パワー素子が動作する。このとき、MOSトランジスタQ1,Q2に駆動電流が流れることにより、MOSトランジスタQ1,Q2が発熱する。
そこで、MOSトランジスタQ1,Q2は、放熱のバランスをとるために制御IC10の両側に振り分けて配置され、なおかつ、トーテムポール接続されている。すなわち、MOSトランジスタQ1を搭載するローサイド用ダイパッド4から延出するインナーリード(A)は、制御IC10を搭載するIC用ダイパッド6のリード端子が導出されていない側を迂回して、MOSトランジスタQ2を搭載するハイサイド用ダイパッド5の近傍から外部へ導出されている。そして、MOSトランジスタQ1のドレイン(D)はローサイド用ダイパッド4に接続され、ローサイド用ダイパッド4から延出するインナーリード(A)がハイサイド用ダイパッド5の近傍の(B)の部分でMOSトランジスタQ2のソース(S)とワイヤーにて接続される。これにより、MOSトランジスタQ1,Q2がトーテムポール接続される。
また、ハイサイド側のMOSトランジスタQ2を搭載するハイサイド用ダイパッド5には内部配線用のワイヤーパッドエリア7が設けられ、このワイヤーパッドエリア7と制御IC10の起動電源用パッド(VH端子パッド)11とがワイヤー8で接続されている。
制御IC10は、上述のとおりMOSトランジスタQ1,Q2の間に配置されている。制御IC10の起動電源用パッド(VH端子パッド)11をハイサイド用ダイパッド(MOSトランジスタQ2のドレイン(D)が接続されるダイパッド)5から延出するワイヤーパッドエリア7へ接続するワイヤー8は、MOSトランジスタQ1,Q2を接続する内部配線(インナーリード)と立体的にかつ必要な絶縁距離を保って配置される。つまり、このワイヤー8は、ローサイド側のMOSトランジスタQ1を搭載するローサイド用ダイパッド4に接続されたインナーリード(A)をまたいでいる。
図3は実施の形態の半導体装置の要部を示す構造図であり、制御IC10、インナーリード(A)、ワイヤーパッドエリア7、ワイヤー8の配置を示している。図3(a)は、図2(a)に1点鎖線で示すX−Xの断面図である。
すなわち、制御IC10は、IC用ダイパッド6に固定されている(固定のための半田あるいは接着剤は図示を省略)。起動電源用パッド(VH端子パッド)11とワイヤーパッドエリア7とがワイヤー8で接続されている。
図3(a)の構成では、起動電源用パッド(VH端子パッド)11が制御IC10のチップの厚み分だけワイヤーパッドエリア7より高い。したがって、インナーリード(A)とワイヤー8との間で必要な絶縁距離(L)を保つためには、ワイヤー8をボンディングする際の弧を大きくする必要がある。すると、ワイヤー8の頂点が高くなり、半導体装置のパッケージも厚くなる。
半導体装置のパッケージの厚さを抑制するために、ワイヤーパッドエリア7を高く(厚く)して、制御IC10の起動電源用パッド(VH端子パッド)11と同程度の高さとすればよい。
図3(b)は、リードフレーム2の一部を厚くしてワイヤーパッドエリア71としたものである。リードフレーム2の一部を厚くするためには、プレス加工やエッチング加工を用いればよい。
図3(c)は、上記のワイヤーパッドエリア7に異形材で所定の厚みを持たせたものである。例えば、銅(Cu)板にアルミ(Al)材を積層させたクラッド板72を用い、そのアルミ材の表面をワイヤーボンディング面とする。その際、クラッド板72の銅板の表面を半田付け面としてMOSトランジスタQ1,Q2等をローサイド用ダイパッド4、ハイサイド用ダイパッド5へマウントする際に同時に半田付けしてもよいし、別工程で行ってもよい。
このように、実施の形態の半導体装置は、ハイサイド側のMOSトランジスタQ2を搭載するハイサイド用ダイパッド5に内部配線用のワイヤーパッドエリア7を設け、制御IC10の起動電源用パッド11とワイヤーパッドエリア7とをワイヤー8で接続しているので、制御IC10に起動電源回路を内蔵した場合でも外部に高電圧端子を設ける必要がなく、端子数の増加やパッケージサイズが大きくなることはなく、またESD耐量が改善される。
なお、実施の形態では制御IC10の起動電源用のVH端子パッドをハイサイド側のMOSトランジスタQ2のドレイン(D)と接続して外部のリード端子に導出しているが、MOSトランジスタQ2のドレイン(D)と接続して外部に導出する端子は他の電源端子であってもよい。
1 パッケージ
2 リードフレーム
3 リード端子
4 ローサイド用ダイパッド
5 ハイサイド用ダイパッド
6 IC用ダイパッド
7,71 ワイヤーパッドエリア
8 ワイヤー
10 制御IC
11 起動電源用パッド
72 クラッド板
Q1 ローサイド側のnチャネルのMOSトランジスタ
Q2 ハイサイド側のnチャネルのMOSトランジスタ

Claims (5)

  1. 制御ICと、トーテムポール接続されたハイサイド側のパワー素子およびローサイド側のパワー素子とを有する半導体装置において、
    前記ハイサイド側のパワー素子を搭載するハイサイド用ダイパッドに内部配線用のワイヤーパッドエリアを設け、
    前記制御ICの起動電源用パッドと前記ワイヤーパッドエリアとをワイヤーで接続したことを特徴とする半導体装置。
  2. 前記ワイヤーは前記ローサイド側のパワー素子を搭載するローサイド用ダイパッドに接続された内部配線をまたいでいることを特徴とする請求項1記載の半導体装置。
  3. 前記ワイヤーパッドエリアに所定の厚みを持たせたことを特徴とする請求項1記載の半導体装置。
  4. 前記ワイヤーパッドエリアはリードフレームの一部を厚くして厚みを持たせたことを特徴とする請求項3記載の半導体装置。
  5. 前記ワイヤーパッドエリアは異形材を積層させたクラッド板により厚みを持たせたことを特徴とする請求項3記載の半導体装置。
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