JP2005229018A - Semiconductor device - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、パワートランジスタ等の発熱素子が設けられた半導体チップを有する半導体装置及びそれを用いた電源装置に関する。 The present invention relates to a semiconductor device having a semiconductor chip provided with a heating element such as a power transistor, and a power supply device using the semiconductor device.
電源装置等に用いられる半導体装置は半導体チップを有している。図7は従来の半導体装置の半導体チップを示す平面図である。半導体チップ10はパワートランジスタ11と制御回路12とを並設してワンチップ化されている。パワートランジスタ11はスイッチング電源回路においてはスイッチング等を行ない、制御回路12はそのパワートランジスタ11を制御する。
A semiconductor device used for a power supply device or the like has a semiconductor chip. FIG. 7 is a plan view showing a semiconductor chip of a conventional semiconductor device. The
パワートランジスタ11及び制御回路12にはパッド部13が形成されている。パッド部13とリードフレーム(不図示)とをワイヤー(不図示)により接続した後、リードフレームが外部に突出するように全体を樹脂によりモールドし、半導体装置が構成されている。
ここ数年来、携帯電話機等に使用されている小型パッケージの小電力出力(出力電流200mA以下)の直流安定化電源ICでは、熱源となるパワートランジスタに流れる電流は少ないためにパワートランジスタから発生する熱量は少ない。従って、パワートランジスタをICチップの端に配置しても、ICチップの温度勾配は無い。よって、チップ内の温度勾配が原因となって、制御回路内の抵抗やコンデンサ等の値が変移したり、トランジスタの整合性が崩れたりして制御回路が正常に動作しなくなるという不具合は起こらなかった。 In recent years, in a DC stabilized power supply IC with a small power output (output current of 200 mA or less) in a small package used for mobile phones and the like, the amount of heat generated from the power transistor is small because the current flowing through the power transistor as a heat source is small. There are few. Therefore, even if the power transistor is arranged at the end of the IC chip, there is no temperature gradient of the IC chip. Therefore, there is no problem that the control circuit does not operate normally due to the temperature gradient in the chip causing the value of resistors, capacitors, etc. in the control circuit to change or the transistor consistency to be lost. It was.
しかしながら、近年では出力電流が500mA以上の中電流もしくは大電流の直流安定化電源が強く要求されている。なお、トランジスタの整合性が崩れるというのは、ベース・エミッタ間の閾値電圧が加熱により変移して、例えばカレントミラー回路を成す一対のトランジスタの動作電圧がそれぞれ相違してしまったりすることが挙げられる。 However, in recent years, there has been a strong demand for a DC stabilized power supply with an output current of 500 mA or more and a medium or large current. Note that the transistor matching is lost because the threshold voltage between the base and the emitter is changed by heating, for example, the operating voltages of a pair of transistors forming a current mirror circuit are different from each other. .
図8の直流安定化電源回路において、100は直流電圧の入力端子、11はPNP型のパワートランジスタ、Q3はドライブトランジスタである。ドライブトランジスタQ3はパワートランジスタ11のベースにコレクタが接続され、エミッタが抵抗R6を介してグランドに接続される。
In the DC stabilized power supply circuit of FIG. 8,
Q1、Q2はエミッタが定電流源103に接続された差動対トランジスタである。トランジスタQ2のベースには出力端子102の出力電圧を抵抗R1、R2で分圧した電圧が印加される。一方、トランジスタQ1のベースには直流電圧Vを抵抗R5、R4で分圧した電圧が基準電圧として印加される。尚、抵抗R5はコンデンサCと共にノイズ除去用フィルタを構成している。トランジスタQ1のコレクタは抵抗R3を通して直流電圧Vccに接続され、トランジスタQ2のコレクタはダイレクトに直流電圧Vccに接続されている。
Q1 and Q2 are differential pair transistors whose emitters are connected to the constant
ここで、パワートランジスタの発熱に基づく抵抗R1、R2の抵抗値変移と抵抗R4,R5の抵抗値変移とが或る程度以上相違すると、差動増幅回路がバランスを崩し、制御回路12が正常に動作できなくなる。同じことはパワートランジスタ11の発熱によるトランジスタQ1、Q2に対する加熱度合が相違する場合にも生じる。パワートランジスタ11によるトランジスタQ1、Q2の閾値電圧(ベース・エミッタ間導通電圧)が互いに相違してしまうからである。また、コンデンサとしては同図では1つのコンデンサCだけしか示していないが、いろいろなところにコンデンサが用いられるので、これらのコンデンサの容量値変移によっても制御回路が正常に動作しないことになる。
Here, if the resistance value change of the resistors R1 and R2 and the resistance value change of the resistors R4 and R5 due to the heat generation of the power transistor are different from each other to some extent, the differential amplifier circuit is out of balance and the
尚、大電流の電源が要求されるようになってきた背景には、中電流もしくは大電流の直流安定化電源が使用される据え置き型のCD−ROMやDVD−ROM装置が多く開発されているということがある。これらの中電流もしくは大電流の直流安定化電源は熱源となるパワートランジスタにより多くの電流が流れるために発生する熱量は多くなり、熱源がICチップの端に配置されていると、ICチップ内に無視できない温度勾配が生じてしまう。 Incidentally, a background of the demand for a high-current power supply has been developed many stationary CD-ROM and DVD-ROM devices using a medium-current or high-current DC stabilized power supply. There is. These medium-current or large-current DC-stabilized power supplies generate a large amount of heat because a large amount of current flows through the power transistor serving as a heat source. If the heat source is arranged at the end of the IC chip, A temperature gradient that cannot be ignored occurs.
この結果、上述したように個々の抵抗、コンデンサが所望の値からずれたり、トランジスタの整合性が崩れたりして、制御回路が正常に動作しなくなるという不具合を生じてしまう。このことは、特にアナログの回路で懸念されることであり、熱源と制御回路がワンチップ化されているアナログ回路の半導体装置においては温度勾配に対する対策が不可欠であるといえる。 As a result, as described above, the individual resistors and capacitors are deviated from desired values, or the matching of the transistors is lost, causing a problem that the control circuit does not operate normally. This is particularly a concern for analog circuits, and it can be said that measures against temperature gradients are indispensable in an analog circuit semiconductor device in which a heat source and a control circuit are integrated into a single chip.
本発明は温度勾配による特性変動を低減し、不具合を防止できる半導体装置及びそれを用いた電源装置を提供することを目的とする。 An object of the present invention is to provide a semiconductor device capable of reducing characteristic fluctuations due to a temperature gradient and preventing problems and a power supply device using the same.
上記目的を達成するために本発明の半導体装置は、発熱素子と、前記発熱素子を制御する制御回路とを内蔵した半導体チップを備え、前記発熱素子を前記半導体チップの中央部付近に配置するとともに、前記制御回路を前記発熱素子の周囲に配置したことを特徴としている。この構成によると、パワートランジスタ等の発熱素子の発熱によって制御回路には発熱素子の周縁から半導体チップの周縁に至る温度勾配が形成される。 In order to achieve the above object, a semiconductor device of the present invention includes a semiconductor chip that incorporates a heating element and a control circuit that controls the heating element, and the heating element is arranged near the center of the semiconductor chip. The control circuit is arranged around the heating element. According to this configuration, a temperature gradient from the periphery of the heating element to the periphery of the semiconductor chip is formed in the control circuit by the heat generation of the heating element such as the power transistor.
また、本発明の半導体装置は、発熱素子と、前記発熱素子を制御する制御回路とを内蔵した半導体チップを備え、前記制御回路を前記半導体チップの中央部付近に配置するとともに、前記発熱素子を前記制御回路の周囲に配置したことを特徴としている。この構成によると、発熱素子の発熱によって制御回路には内周縁から制御回路の略中心に至る温度勾配が形成される。 The semiconductor device of the present invention includes a semiconductor chip including a heating element and a control circuit for controlling the heating element, the control circuit is disposed near the center of the semiconductor chip, and the heating element is provided. It is arranged around the control circuit. According to this configuration, a temperature gradient from the inner peripheral edge to the approximate center of the control circuit is formed in the control circuit due to the heat generated by the heating element.
また、本発明は、上記構成の半導体装置において、前記発熱素子は分割した複数の素子部から成ることを特徴としている。この構成によると、制御回路の周囲に複数の素子部が配置される。素子部は均等に配置することが望ましい。 According to the present invention, in the semiconductor device configured as described above, the heat generating element includes a plurality of divided element portions. According to this configuration, the plurality of element units are arranged around the control circuit. It is desirable to arrange the element portions evenly.
また、本発明は、対向配置した前記素子部の間に前記制御回路を配置したことを特徴としている。この構成によると、発熱素子の発熱によって制御回路には対向する発熱素子の両端縁から両発熱素子の略中点に至る温度勾配が形成される。複数の素子部を接続するワイヤーまたは半導体チップ上の配線パターンを設けるとよい。 In addition, the present invention is characterized in that the control circuit is arranged between the element portions arranged to face each other. According to this configuration, a temperature gradient is formed in the control circuit by the heat generation of the heat generating elements from both end edges of the opposing heat generating elements to the substantially middle point of both heat generating elements. A wire connecting a plurality of element portions or a wiring pattern on a semiconductor chip may be provided.
また、本発明の電源装置は上記構成の半導体装置を備えたことを特徴としている。この構成によると、半導体装置には整流器や変圧器等が形成され、半導体装置に入力電圧を所定の電圧に変換して出力する。 In addition, a power supply device of the present invention includes the semiconductor device having the above-described configuration. According to this configuration, a rectifier, a transformer, and the like are formed in the semiconductor device, and an input voltage is converted into a predetermined voltage and output to the semiconductor device.
本発明によると、発熱素子を半導体チップの中央部に配置して制御回路を発熱素子の周囲に配置したので、制御回路が配される発熱素子の周縁から制御回路の周縁までの距離を短縮することができる。このため、制御回路は発熱素子に近い位置と遠い位置との間の温度差が小さくなり、制御回路の温度勾配が減少して特性変動が低減されることにより制御回路が温度勾配の影響を受けて誤動作するという不具合を防止することができる。 According to the present invention, since the heating element is arranged in the center of the semiconductor chip and the control circuit is arranged around the heating element, the distance from the periphery of the heating element where the control circuit is arranged to the periphery of the control circuit is shortened. be able to. For this reason, the temperature difference between the position near the heating element and the position far from the heating element becomes small in the control circuit, the temperature gradient of the control circuit is reduced, and the characteristic fluctuation is reduced, so that the control circuit is affected by the temperature gradient. Malfunction can be prevented.
また、本発明によると、制御回路を前記半導体チップの中央部に配置するとともに、前記発熱素子を制御回路の周囲に配置したので、制御回路が配される発熱素子の内周縁から制御回路の略中心までの距離を短縮することができる。これにより、制御回路の温度勾配を減少させることができる。 In addition, according to the present invention, the control circuit is arranged at the center of the semiconductor chip, and the heating element is arranged around the control circuit, so that the control circuit is abbreviated from the inner periphery of the heating element to which the control circuit is arranged. The distance to the center can be shortened. Thereby, the temperature gradient of the control circuit can be reduced.
また、本発明によると、発熱素子を分割した複数の素子部を制御回路の周囲に配置したので、各素子部から制御回路の略中心までの距離を短縮することができる。これにより制御回路の温度勾配が減少して特性変動が低減するので、制御回路が温度勾配の影響を受けて誤動作するという不具合を防止することができる。また、発熱素子を効率的に使用して小さくできるため、半導体装置の小型化を図ることもできる。 In addition, according to the present invention, since the plurality of element portions obtained by dividing the heating element are arranged around the control circuit, the distance from each element portion to the approximate center of the control circuit can be shortened. As a result, the temperature gradient of the control circuit is reduced and the characteristic variation is reduced, so that it is possible to prevent a malfunction that the control circuit malfunctions due to the influence of the temperature gradient. Further, since the heat generating element can be efficiently used and reduced, the semiconductor device can be reduced in size.
以下に本発明の実施形態を図面を参照して説明する。図1は第1実施形態の半導体装置を示す平面図である。説明の便宜上、前述の図7に示す従来例と同一の部分は同一の符号を付している。この半導体装置1では、リードフレーム6のランド部2上に半導体チップ10が載置され、銀ペースト3を介してランド部2に接続固定される。
Embodiments of the present invention will be described below with reference to the drawings. FIG. 1 is a plan view showing the semiconductor device of the first embodiment. For convenience of explanation, the same parts as those of the conventional example shown in FIG. In this
半導体チップ10上にはパッド部13が形成されており、そのパッド部13はボンディングワイヤー4によりリードフレーム7に接続されている。そして、各リードフレーム6、7の一部が外部に突出する形で全体が樹脂によりモールドされ、パッケージ化されている。
A
半導体チップ10は図2に示すように、中央部にパワートランジスタ11(発熱素子)が配置され、パワートランジスタ11の周囲に制御回路12が配置されている。この制御回路12は図8の直流安定化回路の場合はパワートランジスタ11の導通度を制御し、スイッチング電源回路(図示せず)の場合はパワートランジスタ11のスイッチングを制御するものであって、抵抗やコンデンサ、トランジスタ等から成っている。なお、スイッチング電源回路の場合、制御回路の回路構成は図8とは異なる。
As shown in FIG. 2, the
上記のように構成された半導体装置1は大電流の直流安定化電源用ICを構成し、入力電圧を所定の電圧に変換して出力することができる。
The
本実施形態によると、発熱を伴うパワートランジスタ11を半導体チップ10の中央部に配置して制御回路12をパワートランジスタ11の周囲に配置したので、パワートランジスタ11の周縁11a、11bから制御回路12の周縁12a、12bまでの最大距離を前述の図7に示す従来例に比して短縮することができる。
According to the present embodiment, the
このため、制御回路12はパワートランジスタ11に近い位置(11a、11b)と遠い位置(12a、12b)との間に生じる温度勾配による温度差が小さくなる。これにより、制御回路12に設けられた前記近い位置の抵抗の抵抗値やコンデンサの容量値が温度によって所望の値からずれる量と前記遠い位置の抵抗の抵抗値やコンデンサの容量値が温度によって所望の値からずれる量との差が小さくなる。
For this reason, in the
従って、近い位置と遠い位置に配置された抵抗間の整合性が崩れず、同様にコンデンサの整合性も崩れない。また、制御回路内のトランジスタの整合性も損なわれない。このように、本実施形態では制御回路12内の温度勾配による特性変動を低減し、制御回路12が正常に動作しない不具合の発生を防止することができる。
Therefore, the matching between the resistors arranged at the near position and the far position does not break, and the matching of the capacitor does not break. Further, the consistency of the transistors in the control circuit is not impaired. As described above, in this embodiment, the characteristic variation due to the temperature gradient in the
次に、図3は第2実施形態の半導体装置の半導体チップを示す平面図である。説明の便宜上、前述の図1、図2に示す第1実施形態と同一の部分は同一の符号を付している。本実施形態の半導体チップ10は中央部に制御回路12が配置され、制御回路12の周囲にパワートランジスタ11が配置されている。その他の構成は第1実施形態と同様である。
Next, FIG. 3 is a plan view showing a semiconductor chip of the semiconductor device of the second embodiment. For convenience of explanation, the same parts as those in the first embodiment shown in FIGS. 1 and 2 are given the same reference numerals. In the
本実施形態によると、パワートランジスタ11の内周縁11c、11dから制御回路12の略中心までの距離を短縮することができる。このため、制御回路12はパワートランジスタ11に近い位置(11c、11d)と遠い位置(略中心)との間に形成される温度勾配による温度差が小さくなる。従って、第1実施形態と同様の効果を得ることができる。
According to this embodiment, the distance from the inner
次に、図4は第3実施形態の半導体装置の半導体チップを示す平面図である。説明の便宜上、前述の図1、図2に示す第1実施形態と同一の部分は同一の符号を付している。本実施形態の半導体チップ10はパワートランジスタ11を分割した第1、第2素子部11e、11fが対向配置され、第1、第2素子部11e、11fの間に制御回路12が配置されている。
Next, FIG. 4 is a plan view showing a semiconductor chip of the semiconductor device of the third embodiment. For convenience of explanation, the same parts as those in the first embodiment shown in FIGS. 1 and 2 are given the same reference numerals. In the
また、図5に示すように、第1、第2素子部11e、11fにそれぞれ設けられたパッド部13a、13bがリードフレーム7の内端部7aを介してワイヤー4a、4bにより接続されている。これにより、分割されたパワートランジスタ11が電気的には一体化されていることになる。その他の構成は第1実施形態と同様である。
Further, as shown in FIG. 5, the
本実施形態によると、第1、第2素子部11e、11fの内側の端縁11g、11hから制御部12の略中心となる第1、第2素子部11e、11fの中点までの距離を短縮することができる。このため、制御回路12は第1、第2素子部11e、11fに近い位置(11g、11h)と遠い位置(略中心)との間に形成される温度勾配による温度差が小さくなる。従って、第1実施形態と同様の効果を得ることができる。
According to this embodiment, the distance from the
また、第1、第2素子部11e、11fにパワートランジスタ11を分割配置することによって各素子に流れる電流の電流密度がより均一になり、パワートランジスタ11を効率よく使用することができるためパワートランジスタ11をより小さく形成する(面積を小さくする)ことができ、全体としての熱源の面積もより小さくできる。これに対し、パワートランジスタの面積が大きいと、パッド部からパワートランジスタ全体へのメタル配線が長くなるためパッド部から離れたトランジスタはパッド部近傍のトランジスタよりもパワートランジスタに流れる電流Iとメタル配線の抵抗Rによる電位勾配I×Rが大きくなり、特性が低下する。また、本実施形態では、熱源を分割し、各々の熱源の面積を小さくすることによって熱源内の電位勾配も低減することができる。このことによっても熱源をより効率よく使用できる。
Further, by arranging the
更に、パワートランジスタ11(従って熱源)の分割によってパワートランジスタに流れる電流の電流密度がより均一になり、パワートランジスタ、第1、第2素子部11e、11f内に設けられている電圧降下を低減してパワートランジスタ11の特性低下を防止し、パワートランジスタ11を効率よく使用してパワートランジスタ11の面積を小さくすることができる。従って、その分、更に発熱量が減少して温度勾配による特性変動をより低減し、制御回路が正常に動作しない不具合を防止できる。
Further, the current density of the current flowing through the power transistor is made more uniform by dividing the power transistor 11 (and hence the heat source), and the voltage drop provided in the power transistor, the first and
次に、図6は第4実施形態の半導体装置の半導体チップを示す平面図である。説明の便宜上、前述の図4、図5に示す第3実施形態と同一部分は同一の符号を付している。第3実施形態と本実施形態の異なる点は、半導体チップ10は第1、第2素子部11e、11fに設けられたパッド部13a、13bが半導体チップ10上に形成された配線パターン14より接続されている。これより、分割されたパワートランジスタ11が電気的に一体化され、第3実施形態と同様の効果を得ることができる。
Next, FIG. 6 is a plan view showing a semiconductor chip of the semiconductor device of the fourth embodiment. For convenience of explanation, the same parts as those in the third embodiment shown in FIGS. 4 and 5 are given the same reference numerals. The difference between the third embodiment and the present embodiment is that the
第3、第4実施形態において、パワートランジスタ11をより多くの素子部に分割してもよい。これにより、各素子部に流れる電流の電流密度をより均一にすることができる。また、複数の各素子部を制御回路12の周囲に均等に配置すると、制御回路12の温度勾配を最も小さくすることができる。
In the third and fourth embodiments, the
なお、第1〜第4実施形態において、半導体装置10は直流安定化電源用ICを構成しているが、パワートランジスタやロジックIC等の発熱素子と制御回路とをワンチップ化した半導体チップを有する他の目的の半導体装置においても同様の効果を得ることができる。
In the first to fourth embodiments, the
本発明は比較的大電流を要するDVD−ROMやCD−ROM等の装置の電源用半導体装置として利用可能である。 The present invention can be used as a power supply semiconductor device for a device such as a DVD-ROM or a CD-ROM that requires a relatively large current.
1 半導体装置
3 銀ペースト
4 ワイヤー
5 モールド樹脂
7 リードフレーム
10 半導体チップ
11 パワートランジスタ
11e 第1素子部
11f 第2素子部
12 制御回路
13、13a、13b パッド部
14 配線パターン
DESCRIPTION OF
Claims (8)
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP2004037867A JP2005229018A (en) | 2004-02-16 | 2004-02-16 | Semiconductor device |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
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JP2004037867A JP2005229018A (en) | 2004-02-16 | 2004-02-16 | Semiconductor device |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
JP2005229018A true JP2005229018A (en) | 2005-08-25 |
Family
ID=35003466
Family Applications (1)
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JP2004037867A Pending JP2005229018A (en) | 2004-02-16 | 2004-02-16 | Semiconductor device |
Country Status (1)
Country | Link |
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JP (1) | JP2005229018A (en) |
Cited By (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
US7888976B2 (en) | 2008-05-12 | 2011-02-15 | Denso Corporation | Load-driving circuit having two transistors switched for heat dissipation |
-
2004
- 2004-02-16 JP JP2004037867A patent/JP2005229018A/en active Pending
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Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
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US7888976B2 (en) | 2008-05-12 | 2011-02-15 | Denso Corporation | Load-driving circuit having two transistors switched for heat dissipation |
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