JP2009032822A - Semiconductor device - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、スイッチング電源を構成するスイッチング素子が形成されてなる半導体装置に関する。 The present invention relates to a semiconductor device in which a switching element constituting a switching power supply is formed.
スイッチング電源として用いられる負荷駆動回路が、例えば、特許第3633522号明細書(特許文献1)に開示されている。 A load driving circuit used as a switching power supply is disclosed in, for example, Japanese Patent No. 3633522 (Patent Document 1).
図7は、特許文献1に開示された負荷駆動回路の一例で、負荷駆動回路80の電気的構成を示す図である。
FIG. 7 is an example of the load driving circuit disclosed in
図7に示す負荷駆動回路80はICとして構成されており、車両に搭載された電子制御装置(ECU)に用いられて、電磁弁のソレノイドコイル、リレーコイル、ランプ、発光ダイオードなどの負荷81を駆動するものである。負荷81は、出力端子82とバッテリ83(電源に相当)の負極端子との間に接続されている。
The
図7の負荷駆動回路80において、電源端子84と出力端子82との間には、負荷81に対してハイサイドスイッチとして機能するNチャネル型MOSトランジスタ85のドレイン・ソース間と、図示極性のダイオード86とが並列に接続されている。また、図7の負荷駆動回路80において、MOSトランジスタ85のゲートに接続されている点線で囲った符号87の部分は、オン駆動回路であり、点線で囲った符号88の部分は、定電流回路(電流供給回路に相当)である。
In the
図7に示す負荷駆動回路80を半導体チップに搭載する場合には、例えば、特許第2839088号明細書(特許文献1)に開示された半導体装置の構造を用いることができる。
When the
図8は、特許文献2に開示された半導体装置の一例で、半導体装置90を示す断面図である。
FIG. 8 is a cross-sectional view showing a
図8に示す半導体装置90おいて、Si基板91の表面には、単結晶半導体のN−エピタキシャル層92が形成され、Si基板91の裏面には、ドレイン電極93が形成されている。N−エピタキシャル層92上の所定部には単結晶半導体のN−エピタキシャル層94が形成されている。そして、このN−エピタキシャル層94には、縦型のパワーMOSトランジスタ95が形成されている。また、SiO2膜96と酸化膜97で囲まれ絶縁分離されたN−型Si基板98からなるSOI領域には、パワーMOSトランジスタ95を制御するためのバイポーラトランジスタ99が形成されている。
図7に示す負荷駆動回路80は、一つの負荷81を駆動する回路として設計されている。しかしながら、例えば車載用のスイッチング電源においては、前述したように種々の負荷を駆動する必要があり、最大負荷電流に合わせてスイッチング素子やスイッチング電源の設計がなされている。このため、所要電流の小さな負荷を駆動する場合には、スイッチング素子のゲート−ソース間容量が大き過ぎて、ゲート容量から電荷を引き抜く経路のインピーダンスが高くなり、スイッチング速度が遅くなると共に、スイッチング損失が増大してしまう。
The
また、構造上の問題として、例えば図8に示す半導体装置90においては、パワーMOSトランジスタ95からなる出力回路部とバイポーラトランジスタ99からなる制御回路部が、同じSi基板91に形成されている。このため、最大負荷電流に合わせたスイッチング素子の設計を施すと、スイッチング素子の占有面積が大きくなって、制御回路からスイッチング素子へのゲート配線が長くなり、ゲート抵抗が大きくなって、これによってもスイッチング速度が遅くなると共にスイッチング損失が増大してしまう。
Further, as a structural problem, for example, in the
そこで本発明は、スイッチング電源を構成するスイッチング素子が形成されてなる半導体装置であって、所要電流の異なる複数の負荷の駆動に対しても、スイッチング速度の劣化やスイッチング損失の増大を伴わず、最適に対応することのできる半導体装置を提供することを目的としている。 Therefore, the present invention is a semiconductor device in which switching elements constituting a switching power supply are formed, and it is not accompanied by deterioration in switching speed or increase in switching loss even when driving a plurality of loads having different required currents. An object of the present invention is to provide a semiconductor device that can be optimally adapted.
請求項1に記載の半導体装置は、スイッチング電源を構成するスイッチング素子が、許容電流の異なる複数個のパワー素子に分割されてなり、前記複数個のパワー素子の第1電流端子が、それぞれ、一つの共通する電源端子に接続され、前記複数個のパワー素子の第2電流端子が、それぞれ、一つの共通する出力端子に接続され、前記複数個のパワー素子の各ゲート端子が、それぞれ、トランジスタからなるスイッチを介して、一つの共通するゲート信号端子に接続されてなり、前記複数個のパワー素子と前記スイッチとで構成される出力回路部が、一つの第1半導体チップに形成されてなり、前記複数個のパワー素子が、前記スイッチにより切り替えられて用いられることを特徴としている。
The semiconductor device according to
上記半導体装置では、スイッチング電源を構成するスイッチング素子が、許容電流の異なる複数個のパワー素子に分割されている。従って、上記半導体装置を用いて所要電流の異なる複数の負荷を駆動する場合には、それぞれの負荷の所要電流に合った最適の許容電流を持つパワー素子を、同じ第1半導体チップに形成され各パワー素子のゲート端子に接続しているスイッチにより選択することができる。従って、最大負荷電流に合わせてスイッチング素子やスイッチング電源の設計がなされている従来の半導体装置に較べて、ゲート−ソース間容量がより適切なものとなり、ゲート容量から電荷を引き抜く経路のインピーダンスの増大を抑制することができる。これによって、上記半導体装置によれば、所要電流の異なる複数の負荷の駆動に対しても、スイッチング速度の劣化やスイッチング損失の増大を伴わず、最適に対応することができる。 In the semiconductor device described above, the switching elements constituting the switching power supply are divided into a plurality of power elements having different allowable currents. Therefore, when driving a plurality of loads having different required currents using the semiconductor device, power elements having optimum allowable currents corresponding to the required currents of the respective loads are formed on the same first semiconductor chip. It can be selected by a switch connected to the gate terminal of the power element. Therefore, the gate-source capacitance is more appropriate than the conventional semiconductor device in which the switching element and the switching power supply are designed according to the maximum load current, and the impedance of the path for extracting charges from the gate capacitance is increased. Can be suppressed. Thus, according to the semiconductor device, it is possible to optimally cope with driving of a plurality of loads having different required currents without deteriorating switching speed and increasing switching loss.
上記半導体装置は、例えば請求項2に記載のように、前記複数個のパワー素子が、該スイッチング電源の動作中に切り替えられて用いられるように構成できる。これにより、所要電流の異なる複数の負荷を、最適状態で同時駆動することが可能となる。 The semiconductor device can be configured such that, for example, the plurality of power elements are switched during operation of the switching power supply. As a result, a plurality of loads having different required currents can be simultaneously driven in an optimum state.
上記半導体装置の構造として、例えば請求項3に記載のように、前記第1半導体チップが、埋込酸化膜を有するSOI基板であり、前記複数個のパワー素子が、それぞれ、前記埋込酸化膜に達する絶縁分離トレンチにより絶縁分離されて、前記SOI基板のSOI層に形成されてなる構成とすることが好ましい。 As the structure of the semiconductor device, for example, as in claim 3, the first semiconductor chip is an SOI substrate having a buried oxide film, and each of the plurality of power elements is the buried oxide film. It is preferable that the structure is formed by being insulated and separated by an insulating isolation trench reaching the thickness of the SOI layer of the SOI substrate.
これによれば、上記半導体装置において、分割された各パワー素子の相互干渉を抑制することができる。 According to this, in the semiconductor device, mutual interference between the divided power elements can be suppressed.
また、請求項4に記載のように、前記絶縁分離トレンチを、側壁酸化膜を介して内部に多結晶シリコンが埋め込まれた構造とする場合には、前記多結晶シリコンが、接地(グランド)電位に固定されてなることが好ましい。 According to a fourth aspect of the present invention, when the insulating isolation trench has a structure in which polycrystalline silicon is embedded inside through a sidewall oxide film, the polycrystalline silicon has a ground (ground) potential. It is preferable to be fixed to.
これによれば、上記絶縁分離トレンチをシールドとして用いることができるため、上記半導体装置において、分割された各パワー素子のノイズ耐性を向上することができる。 According to this, since the insulation isolation trench can be used as a shield, the noise resistance of each of the divided power elements can be improved in the semiconductor device.
上記半導体装置においては、例えば請求項5に記載のように、前記出力回路部の制御信号であって、前記ゲート信号端子に入力するゲート信号を生成するための制御回路部を、第2半導体チップに形成することができる。この場合には、前記第2半導体チップが、前記第1半導体チップにおける前記複数個のパワー素子のうち、最も許容電流の小さいパワー素子上に積層配置することが好ましい。 In the semiconductor device, for example, the control circuit unit for generating a gate signal to be input to the gate signal terminal, which is a control signal of the output circuit unit, is provided in the second semiconductor chip. Can be formed. In this case, it is preferable that the second semiconductor chip is stacked on a power element having the smallest allowable current among the plurality of power elements in the first semiconductor chip.
これによれば、出力回路部と制御回路部が、それぞれ異なる第1半導体チップと第2半導体チップに形成されることとなる。従って、これらが積層配置されてなる上記半導体装置は、出力回路部と制御回路部を同じ半導体チップに平面的にレイアウトした従来の半導体装置に較べて、全体として占有面積を抑制した小型の半導体装置とすることができる。また、上記半導体装置においては、制御回路部が形成された第2半導体チップが最も許容電流の小さいパワー素子上に積層配置されるため、分割された複数個のパワー素子から第2半導体チップへの熱影響を最小限に抑制することができる。 According to this, the output circuit unit and the control circuit unit are formed on different first and second semiconductor chips, respectively. Therefore, the above-described semiconductor device in which these are laminated is a small-sized semiconductor device that occupies a small area as a whole, compared to a conventional semiconductor device in which the output circuit portion and the control circuit portion are laid out in a plane on the same semiconductor chip. It can be. In the semiconductor device, since the second semiconductor chip on which the control circuit portion is formed is stacked on the power element having the smallest allowable current, the plurality of divided power elements are connected to the second semiconductor chip. Thermal effects can be minimized.
またこの場合、上記半導体装置を、例えば請求項6に記載のように、前記第1半導体チップにおいて、前記ゲート信号端子に接続する導体であって、当該第1半導体チップの表面に露出する第1導体が形成され、前記第2半導体チップにおいて、前記制御回路部の出力配線に接続する導体であって、当該第2半導体チップの表面に露出する第2導体が形成され、前記第1半導体チップと第2半導体チップが、前記第1導体と第2導体を対向するようにして配置され、前記第1導体と第2導体が、第3導体を介して接続されてなる構成とすることができる。 Also, in this case, the semiconductor device may be a conductor connected to the gate signal terminal in the first semiconductor chip and exposed to the surface of the first semiconductor chip. In the second semiconductor chip, a conductor connected to the output wiring of the control circuit unit, the second conductor exposed on the surface of the second semiconductor chip is formed, and the first semiconductor chip The second semiconductor chip may be arranged such that the first conductor and the second conductor face each other, and the first conductor and the second conductor are connected via a third conductor.
これによれば、第1半導体チップに形成された複数個のパワー素子のゲート配線と、第2半導体チップに形成された制御回路部からの出力配線とが、第1導体、第3導体および第2導体によって、最短距離で接続される。従って、パワー素子からなる出力回路部と制御回路部を同じ半導体チップに平面的にレイアウトした従来の半導体装置に較べて、配線抵抗(ゲート抵抗)を小さくすることができ、これによっても、スイッチング速度が早くて、スイッチング損失を低減した半導体装置とすることができる。 According to this, the gate wiring of the plurality of power elements formed in the first semiconductor chip and the output wiring from the control circuit unit formed in the second semiconductor chip are the first conductor, the third conductor and the first conductor. The two conductors are connected at the shortest distance. Accordingly, the wiring resistance (gate resistance) can be reduced as compared with the conventional semiconductor device in which the output circuit section and the control circuit section composed of the power elements are laid out in a plane on the same semiconductor chip, and this also enables the switching speed. Therefore, the semiconductor device can be made faster and switching loss can be reduced.
また、該半導体装置を樹脂モールドするにあたっては、請求項7に記載のように、前記第1半導体チップの前記第1導体と反対側の面に、ヒートシンクが配置され、前記第2半導体チップの前記第2導体と反対側の面が、モールド樹脂の表面に露出されてなる構成とすることが好ましい。これによって、第1半導体チップに形成された複数個のパワー素子の発生する熱を、ヒートシンクに優先的に逃すことができる。また、制御回路部が形成された第2半導体チップについても、モールド樹脂の表面に露出している表面から、放熱することが可能である。 In addition, when the semiconductor device is resin-molded, as described in claim 7, a heat sink is disposed on the surface of the first semiconductor chip opposite to the first conductor, and the second semiconductor chip The surface opposite to the second conductor is preferably exposed on the surface of the mold resin. Accordingly, heat generated by the plurality of power elements formed on the first semiconductor chip can be preferentially released to the heat sink. Further, the second semiconductor chip on which the control circuit portion is formed can also dissipate heat from the surface exposed on the surface of the mold resin.
また、上記半導体装置において複数個のパワー素子を絶縁分離する場合には、請求項8に記載のように、前記第1半導体チップを貫通する空洞が、前記複数個のパワー素子の周りに配置されてなることが好ましい。これによれば、上記空洞が断熱領域となり、パワー素子の発生する熱が、周りに伝達され難くなる。これによって、上記半導体装置の第1半導体チップでは、パワー素子の周りの領域に形成された上記スイッチ等のその他の素子についても、パワー素子の発熱によるそれら素子の特性への悪影響を抑制することができる。 Further, in the case where a plurality of power elements are insulated and separated in the semiconductor device, a cavity penetrating the first semiconductor chip is disposed around the plurality of power elements as described in claim 8. It is preferable that According to this, the said cavity becomes a heat insulation area | region, and the heat which a power element generate | occur | produces becomes difficult to be transmitted around. Thereby, in the first semiconductor chip of the semiconductor device, other elements such as the switch formed in a region around the power element can also be prevented from adversely affecting the characteristics of the element due to the heat generated by the power element. it can.
以上のように、上記半導体装置は、スイッチング電源を構成するスイッチング素子が形成されてなる半導体装置であって、所要電流の異なる複数の負荷の駆動に対しても、スイッチング速度の劣化やスイッチング損失の増大を伴わず、最適に対応することのできる半導体装置となっている。 As described above, the semiconductor device is a semiconductor device in which the switching elements constituting the switching power supply are formed. Even when driving a plurality of loads having different required currents, the switching speed is deteriorated and the switching loss is reduced. This is a semiconductor device that can be optimally handled without increasing.
従って、上記半導体装置は、請求項9に記載のように、車両に搭載された電子制御装置(ECU)に用いられて電磁弁のソレノイドコイル、リレーコイル、ランプ、発光ダイオードなどの所要電流の異なる複数の負荷を駆動する、車載用の半導体装置として好適である。 Therefore, as described in claim 9, the semiconductor device is used in an electronic control unit (ECU) mounted on a vehicle and has different required currents such as solenoid coils, relay coils, lamps, and light emitting diodes of solenoid valves. It is suitable as an in-vehicle semiconductor device that drives a plurality of loads.
以下、本発明を実施するための最良の形態を、図に基づいて説明する。 The best mode for carrying out the present invention will be described below with reference to the drawings.
図1は、本発明の半導体装置の一例で、半導体装置100の回路構成を示した図である。
FIG. 1 is a diagram showing a circuit configuration of a
図1に示す半導体装置100は、複数の電圧を供給するシリーズ電源のプリレギュレータとして用いられる半導体装置で、スイッチング電源が構成されている。半導体装置100は、バッテリからの電圧VBを例えば6Vに降圧し、次段のシリーズ電源(例えば5V出力)に対して、バイアスを供給する機能を有する。
A
図1の半導体装置100におけるスイッチング素子は、LDMOS(Lateral Diffused Metal OxideSemiconductor)等からなり、許容電流の異なる3個のパワー素子P1〜P3に分割されている。3個のパワー素子P1〜P3の第1電流端子(ドレイン端子)は、それぞれ、一つの共通する電源端子Dに接続されている。3個のパワー素子P1〜P3の第2電流端子(ソース端子)は、それぞれ、一つの共通する出力端子Tに接続されている。3個のパワー素子P1〜P3は、電源端子Dを介して、バッテリ電源の電圧VBで駆動される。3個のパワー素子P1〜P3の各ゲート端子は、それぞれ、トランジスタからなるスイッチS1〜S3を介して、一つの共通するゲート信号端子Gに接続されている。
The switching element in the
図1の半導体装置100においては、3個のパワー素子P1〜P3とスイッチS1〜S3とで構成される出力(ドライバ)回路部K1は、一つの第1半導体チップ10に形成されている。また、出力回路部K1の制御信号であって、ゲート信号端子Gに入力するゲート信号を生成するための制御(プリドライバ)回路部K2が、第2半導体チップ20に形成されている。尚、制御回路部K2は、IC内部で生成された所定の電圧VA(例えば3V)で駆動される。
In the
上記のように、半導体装置100においては、出力回路部K1と制御回路部K2が、それぞれ異なる第1半導体チップ10と第2半導体チップ20に形成されている。従って、第1半導体チップ10と第2半導体チップ20を後述するように積層配置することができ、図8に示した出力回路部(パワーMOSトランジスタ95)と制御回路部(バイポーラトランジスタ99)を同じ半導体チップ91に平面的にレイアウトした従来の半導体装置90に較べて、全体として占有面積を抑制した小型の半導体装置とすることができる。
As described above, in the
図1の半導体装置100においては、3個のパワー素子P1〜P3が、スイッチS1〜S3により切り替えられて用いられる。半導体装置100では、スイッチング電源を構成するスイッチング素子が、許容電流の異なる3個のパワー素子P1〜P3に分割されている。従って、半導体装置100を用いて所要電流の異なる複数の負荷を駆動する場合には、それぞれの負荷の所要電流に合った最適の許容電流を持つパワー素子を、同じ第1半導体チップ10に形成され各パワー素子P1〜P3のゲート端子に接続しているスイッチS1〜S3により選択することができる。従って、最大負荷電流に合わせてスイッチング素子やスイッチング電源の設計がなされている従来の半導体装置に較べて、ゲート−ソース間容量がより適切なものとなり、ゲート容量から電荷を引き抜く経路のインピーダンスの増大を抑制することができる。これによって、半導体装置100によれば、所要電流の異なる複数の負荷の駆動に対しても、スイッチング速度の劣化やスイッチング損失の増大を伴わず、最適に対応することができる。
In the
図1の半導体装置100は、例えば、3個のパワー素子P1〜P3が、該スイッチング電源の動作中に切り替えられて用いられるように構成できる。これにより、所要電流の異なる複数の負荷を、最適状態で同時駆動することが可能となる。
The
図2は、図1に示した半導体装置100の回路構成を半導体チップへ搭載する場合の構造の一例を示した図で、半導体装置101の模式的な断面図である。尚、図2の半導体装置101において、図1の半導体装置100と同様の部分については、同じ符号を付した。
FIG. 2 is a diagram illustrating an example of a structure when the circuit configuration of the
図2に示す半導体装置101の構造では、第1半導体チップ11が、埋込酸化膜2を有するSOI基板からなり、3個のパワー素子P1〜P3が、埋込酸化膜2上のSOI層1に形成されている。3個のパワー素子P1〜P3は、それぞれ、側壁酸化膜3aと埋込多結晶シリコン3bからなり埋込酸化膜2に達する、絶縁分離トレンチ30により絶縁分離されている。このように絶縁分離することで、各パワー素子P1〜P3の相互干渉を抑制することができる。
In the structure of the
図2の半導体装置101では、第2半導体チップ21にも、埋込酸化膜を有するSOI基板が用いられている。制御回路部K2が形成された第2半導体チップ21は、第1半導体チップ11における3個のパワー素子P1〜P3のうち、最も許容電流の小さいパワー素子P1上に積層配置されている。これによって、半導体装置101においては、分割された3個のパワー素子P1〜P3から第2半導体チップ21への熱影響を最小限に抑制することができる。
In the
図3は、図2の半導体装置101における第1半導体チップ11と第2半導体チップ21の接続部分を拡大して示した模式的な断面図である。
FIG. 3 is a schematic cross-sectional view showing an enlarged connection portion between the
図3に示す構造では、第1半導体チップ11において、図1のゲート信号端子Gに接続する導体であって、第1半導体チップ11の表面に露出する第1導体H1が形成されている。また、第2半導体チップ21において、制御回路部K2の出力配線に接続する導体であって、第2半導体チップ21の表面に露出する第2導体H2が形成されている。第1半導体チップ11と第2半導体チップ21は、第1導体H1と第2導体H2を対向するようにして配置され、第1導体H1と第2導体H2が、第3導体(半田バンプ)H3を介して接続されている。
In the structure shown in FIG. 3, in the
図2と図3に示す構造によれば、第1半導体チップ11に形成された3個のパワー素子P1〜P3のゲート配線と、第2半導体チップ21に形成された制御回路部K2からの出力配線とを、第1導体H1、第3導体H3および第2導体H2によって、最短距離で接続することができる。従って、図8に示した出力回路部(パワーMOSトランジスタ95)と制御回路部(バイポーラトランジスタ99)を同じ半導体チップ91に平面的にレイアウトした従来の半導体装置90に較べて、配線抵抗(ゲート抵抗)を小さくすることができ、これによっても、スイッチング速度が早くて、スイッチング損失を低減した半導体装置とすることができる。
According to the structure shown in FIGS. 2 and 3, the gate wiring of the three power elements P <b> 1 to P <b> 3 formed on the
尚、以上の図1〜図3に示した半導体装置100,101では、スイッチング素子を許容電流の異なる3個のパワー素子P1〜P3に分割しているが、本発明はこれに限らず、スイッチング素子を許容電流の異なる任意の複数個のパワー素子に分割することが可能である。
In the
図4は、図2に示した半導体装置101の変形例を示した図で、半導体装置102の模式的な断面図である。
FIG. 4 is a diagram illustrating a modification of the
図4に示す半導体装置102では、絶縁分離トレンチ30における側壁酸化膜3aを介して内部に埋め込まれた多結晶シリコン3bが、接地(グランド)電位に固定されている。これによって、絶縁分離トレンチ30をシールドとして用いることができる。このため、半導体装置102では、分割された各パワー素子P1〜P3のノイズ耐性を向上することができる。
In the
次に、上記した半導体装置100〜102の熱影響に係るより好ましい構造を説明する。
Next, a more preferable structure relating to the thermal effect of the
図5は、複数個のパワー素子を絶縁分離する場合の好ましい例を示した図で、第1半導体チップ12の模式的な上面図である。
FIG. 5 is a schematic top view of the
図5に示す第1半導体チップ12では、該第1半導体チップ12を貫通する空洞が、複数個のパワー素子P1〜P3の周りに配置されている。これによって、空洞が断熱領域となり、パワー素子P1〜P3の発生する熱が、周りに伝達され難くなる。従って、第1半導体チップ12では、パワー素子P1〜P3の周りの領域に形成された例えば図1のスイッチS1〜S3等のその他の素子についても、パワー素子P1〜P3の発熱によるそれら素子の特性への悪影響を抑制することができる。
In the
図6(a),(b)は、図2の半導体装置101を樹脂モールドする場合の構造例を示した図で、それぞれ、半導体装置103,104の模式的な断面図である。
FIGS. 6A and 6B are diagrams showing structural examples when the
図6(a),(b)に示す半導体装置103,104では、どちらも、第2半導体チップ21と接続される第1半導体チップ11の図3に示す第1導体H1と反対側の面に、ヒートシンク40が配置されている。これにより、第1半導体チップ11に形成されている3個のパワー素子P1〜P3の発生する熱を、ヒートシンク40に優先的に逃すことができる。
In both of the
さらに、図6(b)の半導体装置104では、第2半導体チップ21の図3に示す第2導体H2と反対側の面が、モールド樹脂50の表面に露出された構造となっている。これによって、制御回路部K2が形成された第2半導体チップ21についても、モールド樹脂50の表面に露出している表面から、放熱することが可能である。
Further, the
以上のようにして、図1〜図6で例示した本発明の半導体装置は、スイッチング電源を構成するスイッチング素子が形成されてなる半導体装置であって、所要電流の異なる複数の負荷の駆動に対しても、スイッチング速度の劣化やスイッチング損失の増大を伴わず、最適に対応することのできる半導体装置となっている。 As described above, the semiconductor device of the present invention illustrated in FIGS. 1 to 6 is a semiconductor device in which the switching elements constituting the switching power supply are formed, and is used for driving a plurality of loads having different required currents. However, it is a semiconductor device that can be optimally handled without deteriorating the switching speed and increasing the switching loss.
従って、上記半導体装置は、車両に搭載された電子制御装置(ECU)に用いられて電磁弁のソレノイドコイル、リレーコイル、ランプ、発光ダイオードなどの所要電流の異なる複数の負荷を駆動する、車載用の半導体装置として好適である。 Therefore, the above semiconductor device is used in an electronic control unit (ECU) mounted on a vehicle and drives a plurality of loads having different required currents such as solenoid coils, relay coils, lamps, and light emitting diodes of solenoid valves. It is suitable as a semiconductor device.
90,100〜104 半導体装置
10〜12 第1半導体チップ
K1 出力(ドライバ)回路部
P1〜P3 パワー素子
S1〜S3 スイッチ
20,21 第2半導体チップ
K2 制御(プリドライバ)回路部
1 SOI層
2 埋込酸化膜
30 絶縁分離トレンチ
3a 側壁酸化膜
3b 埋込多結晶シリコン
H1 第1導体
H2 第2導体
H3 第3導体(半田バンプ)
40 ヒートシンク
50 モールド樹脂
90, 100-104 Semiconductor device 10-12 First semiconductor chip K1 Output (driver) circuit part P1-P3 Power element S1-
40
Claims (9)
前記複数個のパワー素子の第1電流端子が、それぞれ、一つの共通する電源端子に接続され、
前記複数個のパワー素子の第2電流端子が、それぞれ、一つの共通する出力端子に接続され、
前記複数個のパワー素子の各ゲート端子が、それぞれ、トランジスタからなるスイッチを介して、一つの共通するゲート信号端子に接続されてなり、
前記複数個のパワー素子と前記スイッチとで構成される出力回路部が、一つの第1半導体チップに形成されてなり、
前記複数個のパワー素子が、前記スイッチにより切り替えられて用いられることを特徴とする半導体装置。 The switching element constituting the switching power supply is divided into a plurality of power elements having different allowable currents,
The first current terminals of the plurality of power elements are each connected to a common power supply terminal;
A second current terminal of each of the plurality of power elements is connected to one common output terminal;
Each gate terminal of the plurality of power elements is connected to one common gate signal terminal through a switch made of a transistor,
An output circuit unit composed of the plurality of power elements and the switch is formed on one first semiconductor chip,
The semiconductor device, wherein the plurality of power elements are used by being switched by the switch.
前記複数個のパワー素子が、それぞれ、前記埋込酸化膜に達する絶縁分離トレンチにより絶縁分離されて、前記SOI基板のSOI層に形成されてなることを特徴とする請求項1または2に記載の半導体装置。 The first semiconductor chip is an SOI substrate having a buried oxide film;
3. The plurality of power elements are formed in an SOI layer of the SOI substrate by being insulated and isolated by insulating isolation trenches that reach the buried oxide film, respectively. Semiconductor device.
前記多結晶シリコンが、接地(グランド)電位に固定されてなることを特徴とする請求項3に記載の半導体装置。 The insulating isolation trench has a structure in which polycrystalline silicon is embedded inside through a sidewall oxide film,
The semiconductor device according to claim 3, wherein the polycrystalline silicon is fixed to a ground potential.
前記第2半導体チップが、前記第1半導体チップにおける前記複数個のパワー素子のうち、最も許容電流の小さいパワー素子上に積層配置されてなることを特徴とする請求項3または4に記載の半導体装置。 A control circuit unit for generating a gate signal to be input to the gate signal terminal, which is a control signal of the output circuit unit, is formed on the second semiconductor chip,
5. The semiconductor according to claim 3, wherein the second semiconductor chip is stacked on a power element having the smallest allowable current among the plurality of power elements in the first semiconductor chip. 6. apparatus.
前記第2半導体チップにおいて、前記制御回路部の出力配線に接続する導体であって、当該第2半導体チップの表面に露出する第2導体が形成され、
前記第1半導体チップと第2半導体チップが、前記第1導体と第2導体を対向するようにして配置され、
前記第1導体と第2導体が、第3導体を介して接続されてなることを特徴とする請求項5に記載の半導体装置。 In the first semiconductor chip, a first conductor exposed to the surface of the first semiconductor chip, which is a conductor connected to the gate signal terminal, is formed.
In the second semiconductor chip, a second conductor exposed to the surface of the second semiconductor chip, which is a conductor connected to the output wiring of the control circuit unit, is formed.
The first semiconductor chip and the second semiconductor chip are arranged so that the first conductor and the second conductor face each other;
The semiconductor device according to claim 5, wherein the first conductor and the second conductor are connected via a third conductor.
前記第2半導体チップの前記第2導体と反対側の面が、モールド樹脂の表面に露出されてなることを特徴とする請求項6に記載の半導体装置。 A heat sink is disposed on the surface of the first semiconductor chip opposite to the first conductor,
The semiconductor device according to claim 6, wherein a surface of the second semiconductor chip opposite to the second conductor is exposed on a surface of the mold resin.
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