JP2009293986A - 半導体装置 - Google Patents

Abstract

【課題】発熱素子の温度を直接かつ精度よく検出する半導体装置を提供する。
【解決手段】ＩＣチップ１１に搭載された発熱素子１２のパッド１３は、異種の金属からなる第一ボンディングワイヤ２０および第二ボンディングワイヤ３０を経由してリードフレーム１４の二つの端子１５、１６に接続している。異種の金属からなる第一ボンディングワイヤ２０と第二ボンディングワイヤ３０とは、それぞれ熱起電力が異なっている。そのため、第一ボンディングワイヤ２０および第二ボンディングワイヤ３０は、熱電対を形成する。これにより、端子１５と端子１６との間の電位差は、パッド１３の温度すなわち発熱素子１２の温度に相関する。その結果、端子１５と端子１６との間の電位差を検出することにより、パッド１３すなわち発熱素子１２の温度が検出される。
【選択図】図１

Description

本発明は、半導体装置に関し、特に発熱素子の温度を検出する熱電対を形成する半導体装置に関する。

従来、例えばＬＤＭＯＳ（Laterally Diffused ＭＯＳ）などの発熱素子の温度を検出する場合、発熱素子の近傍にダイオードを配置している。そして、このダイオードの順方向電圧を検出することにより、発熱素子の温度が検出される（特許文献１参照）。
しかしながら、従来の場合、発熱素子の近傍の温度、すなわちダイオードの近傍の温度しか検出することができない。そのため、発熱素子の温度を精度よく検出することが困難であるという問題がある。
特開平５−４７８９１号公報

そこで、本発明は、上記の課題に鑑みてなされたものであり、その目的は、発熱素子の温度を直接かつ精度よく検出する半導体装置を提供することにある。

請求項１記載の発明では、発熱素子に設けられているパッドには第一ボンディングワイヤおよび第二ボンディングワイヤが接続されている。第一ボンディングワイヤと第二ボンディングワイヤとは、リードフレームの異なる端子に接続されている。第一ボンディングワイヤと第二ボンディングワイヤとは、異なる金属で形成されている。本明細書中において、金属とは、金属の単体または合金のいずれも含むものである。異なる金属で形成された第一ボンディングワイヤおよび第二ボンディングワイヤで同一のパッドと異なる端子間を接続することにより、熱電対が形成される。その結果、この形成された熱電対により、パッドが設けられた発熱素子の温度が検出される。したがって、発熱素子の温度を直接かつ精度よく検出することができる。

請求項２記載の発明では、中継パッドを備えている。第一ボンディングワイヤおよび第二ボンディングワイヤは、一方の端部が同一のパッドに接続していれば、他端の端子までの間に設けられた中継パッドを経由してもよい。これにより、第一ボンディングワイヤおよび第二ボンディングワイヤは、内部回路の構造などに応じて配線可能となる。したがって、回路の設計上の自由度を高めることができる。

請求項３の発明では、第一ボンディングワイヤおよび第二ボンディングワイヤは、発熱素子に設けられたパッドだけでなく、発熱素子が搭載された導電部材に接続してもよい。これにより、第一ボンディングワイヤおよび第二ボンディングワイヤによって形成される熱電対は、導電部材の温度を検出する。例えばこの導電部材をヒートシンクとして利用する場合、熱電対でヒートシンクの温度が検出される。したがって、発熱素子だけでなく発熱部分の温度を直接かつ精度よく検出することができる。

以下、本発明による半導体装置の複数の実施形態を図面に基づいて説明する。なお、複数の実施形態において実質的に同一の構成部位には同一の符号を付し、説明を省略する。
（第１実施形態）
本発明の第１実施形態による半導体装置を図１に示す。半導体装置１０は、図１に示すようにＩＣチップ１１、発熱素子１２、パッド１３およびリードフレーム１４を備えている。ＩＣチップ１１、発熱素子１２およびパッド１３、ならびにリードフレーム１４の一部は、図示しない樹脂やセラミックスなどのパッケージで覆ってもよい。ＩＣチップ１１は、発熱素子１２を含む半導体からなる集積回路である。ＩＣチップ１１は、例えばシリコン基板上に発熱素子１２を含む複数の回路素子が形成されている。発熱素子１２は、例えばＬＤＭＯＳなどの通電により発熱する素子である。発熱素子１２は、ＩＣチップ１１上に他の回路素子とともに形成されている。パッド１３は、発熱素子１２に設けられている。パッド１３は、例えば銅やアルミニウムなどの導電性の金属によって薄い膜状に形成されている。なお、上述のように、本明細書中において金属とは、金属の単体および合金を含むものとする。図１において、簡単のためパッド１３は一つだけ示している。しかし、発熱素子１２には、発熱素子１２とリードフレーム１４とを電気的に接続するためのその他のパッドを設けてもよい。また、ＩＣチップ１１にも図示しない複数のパッドが設けられており、ＩＣチップ１１のパッドとリードフレーム１４とは電気的に接続される。リードフレーム１４は、例えばアルミニウムや銅などの導電性の金属によって形成されている。リードフレーム１４は、ＩＣチップ１１または発熱素子１２と接続される複数の端子を有している。

半導体装置１０は、第一ボンディングワイヤ２０および第二ボンディングワイヤ３０を備えている。第一ボンディングワイヤ２０は、発熱素子１２のパッド１３とリードフレーム１４の複数の端子のうち端子１５とを接続している。また、第二ボンディングワイヤ３０は、発熱素子１２のパッド１３とリードフレーム１４の複数の端子のうち端子１５と異なる端子１６とを接続している。発熱素子１２またはＩＣチップ１１の図示しない他のバッドとリードフレーム１４の他の端子との間は、図示しないボンディングワイヤによって接続されている。

第一ボンディングワイヤ２０と第二ボンディングワイヤ３０とは、異なる金属によって形成されている。すなわち、第一ボンディングワイヤ２０および第二ボンディングワイヤ３０は、例えば図２に示すように例えば白金（Ｐｔ）と白金ロジウム（Ｐｔ−Ｒｈ）との組み合わせが選択される。この他にも、第一ボンディングワイヤ２０および第二ボンディングワイヤ３０は、アルメルとクロメル、クロメルとコンスタンタン、鉄（Ｆｅ）とコンスタンタン、銅（Ｃｕ）とコンスタンタン、ナイクロシルとナイシルなどのように異種の金属の組み合わせとして選択される。

パッド１３と端子１５との間を第一ボンディングワイヤ２０で接続し、パッド１３と端子１６との間を第一ボンディングワイヤ２０と材質の異なる第二ボンディングワイヤ３０で接続することにより、パッド１３と端子１５および端子１６との間には熱電対が形成される。すなわち、パッド１３と端子１５との間、およびパッド１３と端子１６との間は、それぞれ材質の異なる第一ボンディングワイヤ２０または第二ボンディングワイヤ３０で接続されている。この構成により、パッド１３と端子１５、１６との間の熱起電力に基づいてパッド１３の温度を検出する熱電対が形成される。
パッド１３は、発熱素子１２に設けられている。すなわち、パッド１３は、発熱素子１２を構成する一部である。そのため、パッド１３を含む熱電対で検出した温度は、発熱素子１２そのものの温度である。これにより、熱電対は、発熱素子１２の温度を直接かつ精度よく検出することができる。

以上説明したように、本発明の第１実施形態では、発熱素子１２のパッド１３とリードフレーム１４の二つの端子１５、１６との間を熱起電力の異なる異種の金属からなる第一ボンディングワイヤ２０および第二ボンディングワイヤ３０で接続している。これにより、第一ボンディングワイヤ２０および第二ボンディングワイヤ３０は、熱電対を形成する。そのため、端子１５と端子１６との間の電位差は、パッド１３の温度すなわち発熱素子１２の温度に相関する。その結果、端子１５と端子１６との間の電位差を検出することにより、パッド１３すなわち発熱素子１２の温度が検出される。したがって、発熱素子１２の温度を直接かつ精度よく検出することができる。

（第２実施形態）
本発明の第２実施形態による半導体装置を図３に示す。
第２実施形態では、図３に示すように半導体装置１０は中継パッド４１、４２を備えている。中継パッド４１、４２は、ＩＣチップ１１上に設けられている。パッド１３とリードフレーム１４の端子１５との間は、中継パッド４１を経由して第一ボンディングワイヤ２０で接続されている。すなわち、パッド１３と中継パッド４１との間はサブワイヤ２１で接続され、中継パッド４１と端子１５との間はサブワイヤ２２で接続されている。これらのサブワイヤ２１およびサブワイヤ２２は、第一ボンディングワイヤ２０を構成している。同様に、パッド１３とリードフレーム１４の端子１６との間は、中継パッド４２を経由して第二ボンディングワイヤ３０で接続されている。すなわち、パッド１３と中継パッド４２との間はサブワイヤ３１で接続され、中継パッド４２と端子１６との間はサブワイヤ３２で接続されている。これらのサブワイヤ３１およびサブワイヤ３２は、第二ボンディングワイヤ３０を構成している。第一ボンディングワイヤ２０を構成するサブワイヤ２１およびサブワイヤ２２は、同種の金属で形成されている。同様に、第二ボンディングワイヤ３０を構成するサブワイヤ３１およびサブワイヤ３２は、同種の金属で形成されている。一方、サブワイヤ２１およびサブワイヤ２２からなる第一ボンディングワイヤ２０とサブワイヤ３１およびサブワイヤ３２からなる第二ボンディングワイヤ３０とは、第１実施形態と同様に異種の金属で形成されている。

第２実施形態では、中継パッド４１、４２を経由してパッド１３と端子１５または端子１６との間をそれぞれ第一ボンディングワイヤ２０または第二ボンディングワイヤ３０で接続している。そのため、発熱素子１２とリードフレーム１４の端子１５、１６との間の距離が大きな大型の半導体装置１０の場合でも、第一ボンディングワイヤ２０および第二ボンディングワイヤ３０によって熱電対が形成される。したがって、ＩＣチップ１１などの大きさに関わらず、任意の位置における温度を直接かつ精度よく検出することができる。

（第３実施形態）
本発明の第３実施形態による半導体装置を図４に示す。
第３実施形態では、図４に示すように半導体装置１０は導電部材としてのヒートシンク４３を備えている。ヒートシンク４３は、例えばアルミニウムなどの熱伝導率の大きな導電性の金属で形成されている。ＩＣチップ１１は、ヒートシンク４３に搭載されている。これにより、ＩＣチップ１１およびＩＣチップ１１に搭載された発熱素子１２の放熱は促進される。
第３実施形態では、第一ボンディングワイヤ２０はヒートシンク４３とリードフレーム１４の端子１７とを接続し、第二ボンディングワイヤ３０はヒートシンク４３とリードフレーム１４の端子１８とを接続している。これにより、第一ボンディングワイヤ２０および第二ボンディングワイヤ３０は、ヒートシンク４３の温度を検出する熱電対を形成している。このように第一ボンディングワイヤ２０および第二ボンディングワイヤ３０から構成される熱電対は、ヒートシンク４３の温度を検出する。

第３実施形態では、第一ボンディングワイヤ２０および第二ボンディングワイヤ３０は、端子１７または端子１８と反対側の端部を発熱素子１２のパッドだけでなくヒートシンク４３など他の部分に接続している。これにより、第一ボンディングワイヤ２０および第二ボンディングワイヤ３０から形成される熱電対は、発熱素子１２の温度だけでなく端子１７または端子１８と反対側の端部が接続された任意の位置の温度を検出する。したがって、発熱素子１２に限らず任意の位置の温度を直接かつ精度よく検出することができる。

（第４実施形態）
本発明の第４実施形態による半導体装置を図５に示す。
第４実施形態では、図５に示すように半導体装置１０は中継パッド４４、４５を備えている。中継パッド４４と端子１５との間は、第一ボンディングワイヤ２０を構成するサブワイヤ２３で接続されている。同様に、中継パッド４５と端子１６との間は、第二ボンディングワイヤ３０を構成するサブワイヤ３３で接続されている。第一ボンディングワイヤ２０を構成するサブワイヤ２３と第二ボンディングワイヤ３０を構成するサブワイヤ３３とは、熱起電力の異なる異種金属で形成されている。

一方、中継パッド４４と発熱素子１２のパッド１３との間は、ＩＣチップ１１および発熱素子１２に形成された配線部２４で接続されている。同様に、中継パッド４５と発熱素子１２のパッド１３との間は、ＩＣチップ１１および発熱素子１２に形成された配線部３４で接続されている。配線部２４は、サブワイヤ２３とともに第一ボンディングワイヤ２０を構成し、サブワイヤ２３と同種の金属で形成されている。また、配線部３４は、サブワイヤ３３とともに第二ボンディングワイヤ３０を構成し、サブワイヤ３３と同種の金属で形成されている。

第４実施形態では、第一ボンディングワイヤ２０または第二ボンディングワイヤ３０の一部、すなわちパッド１３と中継パッド４４との間、またはパッド１３と中継パッド４５との間をそれぞれＩＣチップ１１および発熱素子１２に形成された配線部２４または配線部３４によって接続している。したがって、配線部２４および配線部３４の形成に既存の半導体の配線形成技術を適用することができ、技術的な制約が低減され、設計の自由度を高めることができる。

（第５実施形態）
本発明の第５実施形態による半導体装置を図６に示す。
第５実施形態では、図６に示すように半導体装置１０は温度検出部５０を備えている。温度検出部５０は、温度を検出する検出回路を含んでいる。温度検出部５０は、ＩＣチップ１１に搭載されている。温度検出部５０は、第一ボンディングワイヤ２０および第二ボンディングワイヤ３０によって形成される熱電対の熱起電力によってパッド１３の温度すなわち発熱素子の温度を検出する。温度検出部５０は、中継パッド４６および中継パッド４７に接続している。パッド１３と中継パッド４６との間は、第一ボンディングワイヤ２０で接続されている。また、パッド１３と中継パッド４７との間は、第二ボンディングワイヤ３０で接続されている。中継パッド４６と温度検出部５０との間は配線部５１で接続され、中継パッド４７と温度検出部５０との間は配線部５２で接続されている。温度検出部５０は、図示しない配線部またはボンディングワイヤによってリードフレーム１４のいずれかの端子と接続している。
第５実施形態では、ＩＣチップ１１に温度検出部５０を搭載している。これにより、外部に温度を検出のための回路を必要としない。したがって、半導体装置１０に温度検出部５０を組み込むことができ、外部の回路の設計および調整を容易にすることができる。

以上説明した本発明は、上記実施形態に限定されるものではなく、その要旨を逸脱しない範囲で種々の実施形態に適用可能である。

本発明の第１実施形態による半導体装置を示す模式図 本発明の第１実施形態による半導体装置のボンディングワイヤを構成する金属の組み合わせを示す概略図 本発明の第２実施形態による半導体装置の要部を示す模式図 本発明の第３実施形態による半導体装置を示す模式図 本発明の第４実施形態による半導体装置の要部を示す模式図 本発明の第５実施形態による半導体装置の要部を示す模式図

符号の説明

図面中、１０は半導体装置、１１はＩＣチップ、１２は発熱素子、１３はパッド、１４はリードフレーム、１５、１６、１７、１８は端子、２０は第一ボンディングワイヤ、３０は第二ボンディングワイヤ、４１、４２は中継パッド、４３はヒートシンク（導電部材）を示す。

Claims (3)

1. 素子が搭載されているＩＣチップと、
   前記ＩＣチップに搭載されている発熱素子と、
   前記発熱素子に設けられているパッドと、
   前記パッドと電気的に接続される複数の端子を有するリードフレームと、
   前記パッドと前記複数の端子のいずれか一つを接続する金属からなる第一ボンディングワイヤと、
   前記第一ボンディングワイヤと異なる金属からなり、前記パッドと前記複数の端子の残るいずれか一つを接続して前記第一ボンディングワイヤと熱電対を形成する第二ボンディングワイヤと、
   を備えることを特徴とする半導体装置。
2. 前記ＩＣチップは、前記パッドと前記リードフレームとの間に中継パッドを有し、
   前記第一ボンディングワイヤおよび第二ボンディングワイヤは、前記中継パッドを経由して前記パッドと前記リードフレームとを接続していることを特徴とする請求項１記載の半導体装置。
3. 前記発熱素子が搭載されている導電部材をさらに備え、
   前記第一ボンディングワイヤおよび第二ボンディングワイヤは、前記リードフレームと反対側の端部が前記導電部材に接続していることを特徴とする請求項１または２記載の半導体装置。

Images