CN103748680A - 半导体装置 - Google Patents

Abstract

一种半导体装置，具备：搭载于基体的第一及第二半导体芯片；搭载于基体，输出控制第一及第二半导体芯片的动作的控制信号的第三半导体芯片；搭载于基体，接收侧端子和第三半导体芯片连接且发送侧端子和第一半导体芯片连接的第一发送变压器；以及搭载于基体，接收侧端子与第三半导体芯片连接且发送侧端子和第二半导体芯片连接的第二发送变压器，分别通过第一发送变压器和第二发送变压器，从第三半导体芯片向第一半导体芯片和第二半导体芯片发送控制信号。

Description

半导体装置

技术领域

本发明涉及搭载多个半导体芯片的半导体装置。

背景技术

例如，通过将以高电源电压驱动的高电压类的半导体芯片和以低电源电压驱动的低电压类半导体芯片搭载于一个基体上，能够实现减少部品数量及省空间化。此时，为了半导体芯片间的绝缘分离，考虑在信号传输上使用光学仪器和变压器是有效的。例如，提出通过使用变压器，将信号传输速度高速化并且延长耐用年限的方法。

现有技术文献

专利文献

专利文献1：日本特开2010-34122号公报

发明内容

发明所要解决的课题

可是，关于在信号传输上使用变压器的技术，未进行充足的研究。本发明的目的在于提供在信号传输上使用变压器，提升半导体芯片间的绝缘分离的半导体装置。

用于解决课题的方法

根据本发明的一个方案，提供一种半导体装置，具备：（イ）基体；（ロ）搭载于基体的第一及第二半导体芯片；（ハ）搭载于基体且输出控制第一及第二半导体芯片动作的控制信号的第三半导体芯片；（ニ）搭载于基体，接收侧端子与第三半导体芯片连接且发送侧端子与第一半导体芯片连接的第一发送变压器；（ホ）搭载于基体，接收侧端子与第三半导体芯片连接且发送侧端子与第二半导体芯片连接的第二发送变压器，分别通过第一发送变压器和第二发送变压器，从第三半导体芯片向第一半导体芯片和第二半导体芯片发送控制信号。

发明效果

根据本发明，能够提供在信号传输上使用变压器，提高半导体芯片间的绝缘分离的半导体装置。

附图说明

图1是表示涉及本发明实施方式的半导体装置的构造实例的示意的俯视图；

图2是表示构成使用在涉及本发明实施方式的半导体装置的变压器上的感应器构造实例的示意的俯视图；

图3是表示使用在涉及本发明实施方式的半导体装置上的变压器的构造实例的示意的剖视图；

图4是表示涉及本发明实施方式的半导体装置的其他构造实例的示意的俯视图。

具体实施方式

其次，参照附图说明本发明的实施方式。在以下附图的记载中，在同一或者类似的部分中，标注同一或者类似的符号。但是，附图为示意的，应该留意厚度及平面尺寸的关系、各部分的长度比例等与现实中的物体存在差异。因此，具体的尺寸应该参照以下的说明判断。同时，即使在附图相互之间，包含相互尺寸的关系、比例不同的部分也是理所当然的。

另外，以下所示的实施方式是举例说明为了将此发明的技术性思想具体化的装置和方法，此发明的技术性思想不会将构成部件的形状、构造、配置等特别规定为下述内容。此发明的实施方式在权利要求的范围内能够追加多种变更。

涉及本发明实施方式的半导体装置1，如图1所示，具备搭载于基体10上的第一半导体芯片11、第二半导体芯片12、第三半导体芯片13、第一发送变压器411以及第二发送变压器421。第一发送变压器411中，接收侧端子T1和第三半导体芯片13连接，发送侧端子T2和第一半导体芯片11连接。第二发送变压器421中，接收侧端子T1和第三半导体芯片13连接，发送侧端子T2和第二半导体芯片12连接。在此，在各变压器中，将在变压器中传输的信号从外部输入的端子叫做“接收侧端子”，将向外部输出信号的端子叫做“发送侧端子”（以下相同）。

在第三半导体芯片13中，形成输出分别控制第一半导体芯片11及第二半导体芯片12的动作的控制信号SC1、SC2的控制电路（图示省略）。控制第一半导体芯片11的动作的控制信号SC1通过第一发送变压器411，从第三半导体芯片13发送至第一半导体芯片11。另外，控制第二半导体芯片12的动作的控制信号SC2通过第二发送变压器421，从第三半导体芯片13发送至第二半导体芯片12。

图1所示的半导体装置1还具备第一接收变压器412、第二接收变压器422，该第一接收变压器412的接收侧端子T1和第一半导体芯片11连接，发送侧端子T2和第三半导体芯片13连接，该第二接收变压器422的接收侧端子T1和第二半导体芯片12连接，发送侧端子T2和第三半导体芯片13连接。通过第一接收变压器412，与控制信号SC1对应的来自第一半导体芯片11的返回信号SR1输送至第三半导体芯片13中。另外，通过第二接收变压器422，与控制信号SC2对应的来自第二半导体芯片12的返回信号SR2输送至第三半导体芯片13中。关于返回信号SR1及返回信号SR2的详细说明将于后述。

第一接收变压器412与第一发送变压器411邻接地配置，第二接收变压器422与第二发送变压器421邻接地配置。在图1所示的例子中，第一发送变压器411和第一接收变压器412形成于第一变压器基板410上，第二发送变压器421和第二接收变压器422形成于第二变压器基板420上。可是，可以将第一发送变压器411和第一接收变压器412分别形成于不同的基板上，可以将第二发送变压器421和第二接收变压器422分别形成于不同的基板上。并且，考虑到生产工序的效率及省空间化，优选将第一发送变压器411和第一接收变压器412形成于单一的基板上、将第二发送变压器421和第二接收变压器422形成于单一的基板上。

第一变压器基板410以及第二变压器基板420的构造实例后述，可采用具有将导电性薄膜图案和绝缘体层层叠的构造的印刷线路板等。例如，第一发送变压器411、第一接收变压器412、第二发送变压器421以及第二接收变压器422是能够传递脉冲信号的脉冲变压器。

因此，在半导体装置1中，控制信号SC1从第三半导体芯片13传递至第一半导体芯片11的频道是使用第一发送变压器411的绝缘结构。另外，返回信号SR1从第一半导体芯片11传递至第三半导体芯片13的频率是使用第一接收变压器412的绝缘结构。同样，控制信号SC2从第三半导体芯片13传递至第二半导体芯片12的频率是使用第二发送变压器421的绝缘结构，返回信号SR2从第二半导体芯片12传递至第三半导体芯片13的频道是使用第二接收变压器422的绝缘结构。

如图1所示，形成第一发送变压器411和第一接收变压器412的第一变压器基板410、形成第二发送变压器421和第二接收变压器422的第二变压器基板420，以隔着第三半导体芯片13对置的方式配置于基体10上。

因此，在半导体装置1中，第一半导体芯片11或者第二半导体芯片12所产生的电磁噪声，在第一半导体芯片11和第二半导体芯片12之间被分离。即，

第一半导体芯片11和第二半导体芯片12不会相互干涉。

并且，第一发送变压器411和第一接收变压器412邻接配置，第二发送变压器421和第二接收变压器422邻接配置，但由相互噪音而产生的影响小。

在第一半导体芯片11、第二半导体芯片12中，例如，各自形成驱动外部元件31、32的驱动电路（省略图示）。并且，驱动外部元件31的驱动信号SD1从半导体装置1输送至外部元件31，驱动外部元件32的驱动信号SD2从半导体装置1输送至外部元件32。外部元件31、32例如是绝缘栅双极晶体管（IGTB）。此时，第一半导体芯片11和第二半导体芯片的驱动能力既可以同等也可以不同。在第一半导体芯片11、第二半导体芯片12、第三半导体芯片13中，准备对各个半导体芯片供给电力的不同的电源电路（省略图示），按照第一半导体芯片11和第二半导体芯片12各自所要求的驱动能力，设定各电源电路的式样。

例如，为了实现10A左右的输出电流，将第一半导体芯片11的驱动能力设定得较高，作为第一半导体芯片11驱动的外部元件31，准备最大额定之一的IGBT。由此，能够实现外部元件31高速的接通、断开动作。

半导体装置1例如能够作为混合动力车辆的车载电子电路系统的一部分使用。具体地说，将第一半导体芯片11作为驱动混合动力车辆的高电压类电路的驱动装置使用，将第二半导体芯片12作为驱动混合动力车辆的低电压类电路的驱动装置使用。在此，低电压类电路是车载电子电路、车头灯或转向灯等的灯光类、汽油发动机和柴油发动机等的内燃装置的点火装置等通过12V类或者24V类蓄电池供给电源的电路。高电压类电路是驱动电力马达的电路等。为了驱动电力马达，例如，将200V类蓄电池的输出提升至500V～900V的高电压。

并且，就控制第一半导体芯片11及第二半导体芯片12的动作的控制信号SC1、SC2而言，例如按照从微处理器2输出的控制信号SC的内容，第三半导体芯片13分配至第一半导体芯片11和第二半导体芯片12的任一方。另外，如上所述，第三半导体芯片13通过第一接收变压器412接收来自第一半导体芯片11的返回信号SR1，通过第二接收变压器422接收来自第二半导体芯片12的返回信号SR2。

返回信号SR1以按照接收了控制信号SC1的第一半导体芯片11的动作确定值的方式产生。第三半导体芯片13参照控制信号SC1和返回信号SR1，判断第一半导体芯片11动作是否正常。例如，如果第一半导体芯片11动作正常，作为控制信号SC1的反转信号而产生返回信号SR1，第三半导体芯片13生成控制信号SC1和返回信号SR1的否定排他性逻辑和（XNOR）信号。并且，如果XNOR信号是“0”，则判断为第一半导体芯片11正常动作，如果XNOR信号是“1”，则判断为第一半导体芯片11非正常动作。

同样，第三半导体芯片13参照控制信号SC2和返回信号SR2，判断第二半导体芯片12是否正常动作。

在判断为第一半导体芯片11和第二半导体芯片12中至少任一方非正常动作的情况下，第三半导体芯片13例如使半导体装置1的动作停止。

如上所述，通过比较控制信号SC1、SC2和返回信号SR1、SR2，在半导体装置1上搭载低电压停止电路、异常负荷检测电路、软件关闭电路等，能够成为对异常时的对应自动保险的设计。

其次，关于第一发送变压器411、第一接收变压器412、第二发送变压器421以及第二接收变压器422的构造实例进行说明。

关于上述各变压器，例如，如图2所示，可采用使用了在平面上配置漩涡状的导电性薄膜图案的平面感应器的结构。在图2所示的例子中，在平板状的芯材料45的表面45s和背面45r分别形成平面感应器La、Lb，通过使用贯通芯材料45的贯通部45h将平面感应器La的端部和平面感应器Lb的端部连接，形成一个感应器L。平面感应器La、Lb的导电性薄膜图案的材料可使用如铜箔等。另外，芯材料45可采用环氧材料等。为了实现半导体装置1的小型化，优选感应器L的尺寸小，例如，平面感应器La、Lb的长度与宽度（L/S）是50μm/50μm。

通过隔着绝缘体层层叠两个感应器L，形成可作为第一发送变压器411、第一接收变压器412、第二发送变压器421以及第二接收变压器422采用的基板变压器。例如，如图3所示，在隔着绝缘体层401当在平面上观察感应器L1和感应器L2时重合的范围内，形成基板变压器40。图3所示的箭头是基板变压器40的磁场图像。

在图3所示的例子中，通过由在芯材料451的表面及背面分别配置的平面感应器L1a、L1b形成的感应器L1和由在芯材料452两面分别配置的平面感应器L2a、L2b形成的感应器L2隔着绝缘体层401层叠，构成变压器基板400。为了提高结合度，优选感应器L1和感应器L2的中心不重合。

绝缘体层401例如可采用环氧材料等的层压材料。并且，在由感应器L1、绝缘体层401以及感应器L2构成的层叠体的上下，配置如阻焊剂402、403，形成变压器基板400。半导体基板400的厚度以与如第一半导体芯片11、第二半导体芯片12、第三半导体芯片13的高度一致的方式设定。例如，半导体基板400的厚度设定为400μm左右。另外，感应器L1和感应器L2间的绝缘体层401的膜厚设定为如100μm左右。

平面感应器L1a的一端部和平面感应器L1b的一端部连接，平面感应器L1a的另一端部和配置于变压器基板400表面的填充物P1a连接，平面感应器L1b的另一端部和配置于变压器基板400表面的填充物P1b连接。同样，平面感应器L2a的一端部和平面感应器L2b的一端部连接，平面感应器L2a的另一端部和配置于变压器基板400表面的填充物P2a连接，平面感应器L2b的另一端部和配置于变压器基板400表面的填充物P2b连接。

平面感应器L1a、L1b、L2a、L2b和填充物P1a、P1b、P2a、P2b，如图3所示，通过在贯穿变压器基板400的通孔内埋入导电性材料的塞子405实现电连接。

例如，变压器基板400的填充物P1a、P1b作为基板变压器40的接收侧端子使用，变压器基板400的填充物P2a、P2b作为基板变压器40的发送侧端子使用。此时，在第一发送变压器411采用图3所示结构的情况下，第三半导体芯片13的输出端子和填充物P1a、P1b连接，第一半导体芯片11的输入端子和填充物P2a、P2b连接。由此，脉冲信号的控制信号SC1从第三半导体芯片13传递至第一半导体芯片11。另外，通过第一半导体芯片11的输出端子和填充物P1a、P1b连接，第三半导体芯片13的输入端子和填充物P2a、P2b连接，脉冲信号的返回信号SR1从第一半导体芯片11传递至第三半导体芯片13中。

同样，通过在填充物P1a、P1b上连接第三半导体芯片13的输出端子，在填充物P2a、P2b上连接第二半导体芯片12的输入端子，控制信号SC2从第三半导体芯片13传递至第二半导体芯片12中。通过在填充物P1a、P1b上连接第二半导体芯片12的输出端子，在填充物P2a、P2b上连接第三半导体芯片13的输入端子，返回信号SR2从第二半导体芯片12传递至第三半导体芯片13中。

并且，如上所述，优选作为第一发送变压器411使用的基板变压器40和作为第一接收变压器412使用的基板变压器40形成于第一变压器基板410上。另外，优选作为第二发送变压器421使用的基板变压器40和作为第二接收变压器422使用的基板变压器40形成于第二变压器基板420上。

图1所示的半导体装置1通过如模具封止件等，实现组件化。并且，在基体10中，可采用如铜合金的框架等。

如以上说明，根据涉及本发明实施方式的半导体装置1，通过在信号传播的路径上使用变压器，半导体芯片间的电磁干扰被分离。并且，第一～第三半导体芯片11、12、13以及第一、第二变压器基板410、420搭载在基体10上，因此可实现组件的小型化。该结果，能够提高半导体芯片间的绝缘分离，并且能够提供小型化、低价格化、高速化的半导体装置1。例如，能够实现输出大并能抑制由电磁干扰产生的半导体芯片间的干涉的半导体装置。

与本发明的实施方式不同，当在信号传播路径上使用光学仪器的情况下，由于发光二极管等的发光元件亮度劣化而导致受光元件的受光特性下降，从而信号传达应答性下降。并且，光学仪器如果置于高温环境下，发光元件的亮度劣化和受光元件的受光特性下降将加速，耐用年限缩短。

对此，在涉及本发明的实施方式的半导体装置1中，在信号传播路径上不设置光学仪器而使用变压器，因此信号的传达应答性不会下降，而且耐用年限不会缩短。例如，即使在环境温度为高温的车载用下，涉及实施方式的半导体装置1也适宜。

并且，当在基体10上采用铜合金框架等的情况下，将为铜合金框架的半导体搭载部的芯片垫分割为三份，将第一～第三半导体芯片11、12、13分别搭载于各自的芯片垫。由此，第一～第三半导体芯片11、12、13能够实现相互电力、电磁化地绝缘分离。通过将搭载第一半导体芯片11的芯片垫和搭载第三半导体芯片13的芯片垫的间隔扩大，在扩大的空间内以横跨第一变压器基板410的方式配置，能够抑制铜合金框架的厚度。同样，通过将搭载第二半导体芯片12的芯片垫和搭载第三半导体芯片13的间隔扩大，在扩大的空间内以横跨第二变压器基板420的方式配置，能够抑制铜合金框架的厚度。其结果，即使在组件厚度的方向上，半导体装置1的小型化也可实现。

（其他实施方式）

如上述，本发明通过实施方式而记载，但形成此说明一部分的论述以及附图并不限定于本发明。本领域技术人员可以从该说明中明确各种各样的替代实施方式、实施例以及运用技术。

例如，在上述的实施方式中，表示以半导体装置1的输入控制信号SC的端面和输出驱动信号SD1、SD2的端面相对的方式配置第一半导体芯片11和第二半导体芯片12等的例子，如图4所示，从控制信号SC输入的端面观察，可以从左右端面输出驱动信号SD1、SD2。

如此，本发明包含在这里没有记载的各种各样的实施方式等是理所当然的。因此，本发明的技术范围通过上述说明只由适当的权利要求范围的发明特定事项确定。

产业上的可利用性

本发明的半导体装置可以在多个半导体芯片之间通过变压器分离的结构的半导体装置的用途上使用。

Claims (7)

1.一种半导体装置，其特征在于，

具备：

基体；

搭载于上述基体的第一及第二半导体芯片；

搭载于上述基体，输出控制上述第一及第二半导体芯片的动作的控制信号的第三半导体芯片；

搭载于上述基体，接收侧端子和上述第三半导体芯片连接，发送侧端子和上述第一半导体芯片连接的第一发送变压器；以及

搭载于上述基体，接收侧端子和上述第三半导体芯片连接，发送侧端子和上述第二半导体芯片连接的第二发送变压器；

分别通过上述第一发送变压器和上述第二发送变压器，从上述第三半导体芯片向上述第一半导体芯片和上述第二半导体芯片发送上述控制信号。

2.根据权利要求1所述的半导体装置，其特征在于，

还具备第一接收变压器，该第一接收变压器与上述第一发送变压器邻接配置，接收侧端子和上述第一半导体芯片连接，发送侧端子和上述第三半导体芯片连接，通过上述第一接收变压器，将与上述控制信号对应的返回信号从上述第一半导体芯片向上述第三半导体芯片发送。

3.根据权利要求2所述的半导体装置，其特征在于，

上述第一发送变压器和上述第一接收变压器形成于搭载在上述基体上的单一的基板上。

4.根据权利要求1所述的半导体装置，其特征在于，

还具备第二接收变压器，该第二接收变压器与上述第二发送变压器邻接配置，接收侧端子和上述第二半导体芯片连接，发送侧端子和上述第三半导体芯片连接，通过上述第二接收变压器，将与上述控制信号对应的返回信号从上述第二半导体芯片向上述第三半导体芯片发送。

5.根据权利要求4所述的半导体装置，其特征在于，

上述第二发送变压器和上述第二接收变压器形成于搭载在上述基体上的单一的基板上。

6.根据权利要求1所述的半导体装置，其特征在于，

上述第三半导体芯片配置于上述第一发送变压器和上述第二发送变压器之间。

7.根据权利要求1所述的半导体装置，其特征在于，

上述第一及第二发送变压器是基板变压器，具备：

第一及第二感应器，其分别配置在芯材料的对置的两个主面上，分别由两个导电性薄膜图案构成，该导电性薄膜图案通过贯穿上述芯材料的贯穿部而相互连接端部；以及

配置于上述第一及第二感应器间的绝缘体层。

Images