JP3572599B2 - Semiconductor relay - Google Patents
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Description
【0001】
【産業上の利用分野】
本発明は半導体リレーに関し、更に詳しくは半導体リレーの接点部の両端に発生するオフセット電圧を除去した半導体リレーに関する。
【0002】
【従来の技術】
図3(a),(b)は高耐圧DMOS(Double Diffused MOS)FET(以下、単にFETという)半導体リレーの一般的構成を示すもので、図(a)はFETのチップレイアウト、図(b)はLED,フォトダイオード,FET,FETのオン抵抗や寄生ダイオードおよび配線抵抗を含んで示す回路図である。これらの図において、1はLED、2はこのLEDの近傍に配置された電圧出力型フォトダイオードアレイ(以下、単にフォトダイオードという)である。このフォトダイオード2のアノード側の端子はFETQ1,Q2(図a参照)のゲートワイヤボンディングパッド(以下、単にゲートパッドという)3に接続され、カソード側の端子はソースワイヤボンディングパッド(以下、単にソースパッドという)4に接続されている。
【0003】
5はゲートパッド3とFETQ1,Q2のソース同士を結んで配置されたシャント抵抗であり、半導体リレーがオン状態からオフ状態へ遷移する際にゲートに蓄積された電荷を放電する放電抵抗として機能する。6はFETQ1のドレインワイヤボンディングパッド、7はFETQ2のドレインワイヤボンディングパッドである。6aはFETQ1の、7aはFETQ2のオン抵抗,6b,7bはこれらのFETの寄生ダイオード、R1はQ1の、R4はQ2のドレイン配線の抵抗、R2はQ1の、R3はQ2のソース配線の抵抗、rはソースパッド4とQ2のドレイン用パッドを結ぶ配線抵抗である。
【0004】
このような構成において、LED1に動作電流が流れるとLED1から光が放射され、その光の強さに応じた電圧が電圧出力型フォトダイオードアレイ2に生じ、この電圧によりFETQ1,Q2のゲートがオンとなって半導体リレーが導通状態となる。
【0005】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、上記の半導体リレーはSi基板に作り込まれ、LED,フォトダイオードアレイ,FET等の各電子素子を結ぶ配線はAl等により形成されるが、完全導体ではないため30mΩ/□程度のシート抵抗を有している。そして、実際のFETではパターンにもよるが、2つのFETQ1,Q2を結ぶソースの配線抵抗(R2,R3)はおよそ0.1Ω程度である。
【0006】
ここで、LED1に動作電流(IF)を5mA程度流した場合、電圧出力型フォトダイオードアレイ2からはおよそ10μA程度の電流(IPD)が得られ、FETQ1,Q 2 のドレインワイヤボンディングパッド6,7間には1μV程度のオフセット電圧(Voffset)が発生する。
【0007】
半導体リレーをより高速に動作させるためLED1の動作電流(IF)を増加させるとダイオードアレイ2の電流(IPD)が増大し、FETのゲート容量を素早く充電し高速動作が実現できるが、IPDと配線抵抗RMによる電圧降下がオフセット電圧となるため、動作電流(IF)の増大とともにオフセット電圧(Voff set)も増大する。一般にLEDへ流す絶対最大定格(IF)は50mA程度なので、オフセット電圧も10倍の10μV程度となる。
【0008】
図4はこのような半導体リレーを例えばレコーダやデータロガーの入力切換えスイッチに適用した例を示している。20は複数の半導体リレー、21は増幅器、22はA/D変換器、23は表示部を示している。このような多数の測定点の信号を入力する計測器では例えば熱電対の温度信号のように微弱な電圧信号が入力される場合がある。従って微弱な信号を精密に測定しようとすると、先に説明したようなオフセット電圧により計測値に誤差が生じるという問題があった。
【0009】
【課題を解決するための手段】
本発明は上記問題点を解決するために成されたもので、請求項1においては、
LEDとフォトダイオードと同一チップ上にゲートおよびソース同士が接続された一対の高耐圧DMOSFETとゲートワイヤボンディングパッドおよびソースワイヤボンディングパッドが形成された半導体リレーにおいて、前記ソースワイヤボンディングパッドとゲートワイヤボンディングパッド間にシャント抵抗を設けるとともに前記ソースワイヤーボンディングパッドを前記一対の高耐圧DMOSFETの結合点付近に配置し、前記ソースワイヤボンディングパッドとゲートワイヤボンディングパッドまでの距離を短くするすることにより、前記ソースのワイヤーボンディングパッドと前記一対の高耐圧DMOSFETの結合点間に発生する配線抵抗を零とみなせる程度まで低減したことを特徴とするものである。
【0010】
【発明の実施の形態】
図1(a),(b)は本発明の実施の形態の一例を示す要部構成図であり、(a)図はFETのチップレイアウトの拡大斜視図、(b)図は半導体リレーを構成した場合の回路図である。なお、図4と同一要素には同一符号を付している。図1において、従来例で示した図3とはゲートパッド3とFETQ1,Q2のソース同士を結んでいたシャント抵抗5をゲートパッド3とソースパッド4との間に設けるとともにソースワイヤーボンディングパッドを一対の高耐圧DMOSFETのソース同士の結合点付近に配置した点のみが異なっている。
【0011】
上記の構成によれば、フオトダイオード2で生じた電流IPDはゲートパッド3→シャント抵抗5→ソースパッド4→フオトダイオード2のように循環する。
その結果、従来、フオトダイオード2で生じた電流IPDがゲートパッド3→シャント抵抗5→Q2のソース配線の抵抗R3→ソースパッド4→フオトダイオード2のように循環することによるオフセット電圧発生の原因を除去することができる。
【0012】
図2は従来と本発明の半導体リレーのFETの接点間に現れるオフセット電圧の関係を示すもので、本発明の半導体リレーのオフセット電圧は従来例に比較して格段に小さくなっていることが分かる。なお、本発明の半導体リレーのオフセット電圧がLED電流が増加するに従って多少発生するのは、LEDの光が強くなるに従いこの光がFETを照射し、オン抵抗と寄生ダイオード間に生じる電流によりオフセット電圧が生じるためと思われる。
【0013】
また、本発明の実施の形態ではソースパッド4を一対のFETの結合点付近に配置している。この様な配置は半導体リレーのFETQ1,Q2のドレインパッド同士をショートして片極性で使用する場合に有効である。即ち、図3(b)に示す回路でのQ1のオン抵抗Ronは
Ron={(6a+R1+R2+R3)×(7a+R4)}/{(6a+R1+R2+R3)+(7a+R4)}+r…▲1▼
となり、
【0014】
図1(b)に示す本発明のQ1のオン抵抗Ron’は
Ron’={(6a+R1+R2)×(7a+R3+R4)}/ {(6a+R1+R2)+(7a+R3+R4)}・・・▲2▼
となる(なお、一般に低オン抵抗半導体リレーを実現しようとした場合、チップサイズが大きく、ソース配線の引き回しが長くなってrが10Ω程度になることもある)本発明ではソースパッド4からゲートパッドまでの距離を短くすることにより、▲2▼式に示すようにrを零とみなせる程度まで低減することができ、またrを含まない式の上でもオン抵抗を減少させることができる。
【0015】
【発明の効果】
以上詳しく説明したように本発明によれば、LEDとフォトダイオードと同一チップ上にゲートおよびソース同士が接続された一対の高耐圧DMOSFETとゲートワイヤボンディングパッドおよびソースワイヤボンディングパッドが形成された半導体リレーにおいて、前記ソースワイヤボンディングパッドとゲートワイヤボンディングパッド間にシャント抵抗を設けるとともに前記ソースワイヤーボンディングパッドを前記一対の高耐圧DMOSFETの結合点付近に配置し、前記ソースワイヤボンディングパッドとゲートワイヤボンディングパッドまでの距離を短くするすることにより、前記ソースのワイヤーボンディングパッドと前記一対の高耐圧DMOSFETの結合点間に発生する配線抵抗を零とみなせる程度まで低減した。これにより、従来FETのドレイン配線抵抗により発生していた電圧降下を除去することができ、オフセットを除去した半導体リレーを実現することができた。また、ソースのワイヤーボンディングパッドを一対のFETの結合点付近に配置したので、半導体リレーを片極性で使用する場合もオン抵抗を低減させることができた。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の半導体リレーの実施の形態の一例を示すFETの拡大図(a)及び回路図である。
【図2】本発明と従来の半導体リレーのオフセット電圧とLED動作電流の関係を示す図である。
【図3】従来の半導体リレー回路の一例を示すFETの拡大図(a)及び回路図である。
【図4】半導体リレーをレコーダに適用した状態を示す要部構成図である。
【符号の説明】
1 LED
2 フォトダイオードアレイ
3 ゲートワイヤボンディングパッド
4 ソースワイヤボンディングパッド
5 シャント抵抗
6 Q1用ドレインワイヤボンディングパッド
6a Q1のオン抵抗
6b Q1の寄生ダイオード
7 Q2用ドレインワイヤボンディングパッド
7a Q2のオン抵抗
7b Q2の寄生ダイオード
Q1,Q2 高耐圧DMOSFET[0001]
[Industrial applications]
The present invention relates to a semiconductor relay, and more particularly, to a semiconductor relay in which an offset voltage generated at both ends of a contact portion of a semiconductor relay is removed.
[0002]
[Prior art]
FIGS. 3A and 3B show a general configuration of a high voltage DMOS (Double Diffused MOS) FET (hereinafter simply referred to as FET) semiconductor relay. FIG. 3A shows the chip layout of the FET and FIG. 4) is a circuit diagram including the LED, the photodiode, the FET, the on-resistance of the FET, the parasitic diode, and the wiring resistance. In these figures, 1 is an LED, and 2 is a voltage output type photodiode array (hereinafter simply referred to as a photodiode) arranged near the LED. The anode-side terminal of the photodiode 2 is connected to a gate wire bonding pad (hereinafter, simply referred to as a gate pad) 3 of FETs Q 1 and Q 2 (see FIG. A), and the cathode-side terminal is a source wire bonding pad (hereinafter, referred to as a gate pad). 4 simply referred to as a source pad).
[0003]
[0004]
In such a configuration, when an operating current flows through the LED 1, light is emitted from the LED 1 , and a voltage corresponding to the intensity of the light is generated in the voltage output type photodiode array 2, and this voltage causes the gates of the FETs Q 1 and Q 2 to operate. Is turned on, and the semiconductor relay is turned on.
[0005]
[Problems to be solved by the invention]
By the way, the above-mentioned semiconductor relay is built on a Si substrate, and wiring connecting each electronic element such as LED, photodiode array, FET and the like is formed of Al or the like. However, since it is not a perfect conductor, the sheet resistance is about 30 mΩ / □. have. In an actual FET, the wiring resistance (R 2 , R 3 ) of the source connecting the two FETs Q 1 and Q 2 is about 0.1Ω, depending on the pattern.
[0006]
Here, when an operating current (I F ) of about 5 mA flows through the LED 1 , a current (I PD ) of about 10 μA is obtained from the voltage output type photodiode array 2, and the drain wire bonding pads of the FETs Q 1 and Q 2 An offset voltage (V offset ) of about 1 μV is generated between 6 and 7.
[0007]
When the operating current (I F ) of the LED 1 is increased to operate the semiconductor relay at higher speed, the current (I PD ) of the diode array 2 is increased, and the gate capacitance of the FET can be quickly charged to realize high-speed operation. since the voltage drop due to PD and the wiring resistance R M is the offset voltage, the offset voltage (V off set) with the increase in operating current (I F) is also increased. Generally, the absolute maximum rating (I F ) flowing to the LED is about 50 mA, so the offset voltage is about 10 μV, which is ten times as large.
[0008]
FIG. 4 shows an example in which such a semiconductor relay is applied to, for example, an input switch of a recorder or a data logger.
[0009]
[Means for Solving the Problems]
The present invention has been made to solve the above problems.
In a semiconductor relay having a pair of high breakdown voltage DMOSFETs having a gate and a source connected to each other on the same chip as an LED and a photodiode, and a gate wire bonding pad and a source wire bonding pad, the source wire bonding pad and the gate wire bonding pad are provided. A source shunt resistor is provided between the pair of high-breakdown-voltage DMOSFETs, and the source wire bonding pad is disposed near the junction between the pair of high-breakdown-voltage DMOSFETs to reduce the distance between the source wire bonding pad and the gate wire bonding pad. The present invention is characterized in that a wiring resistance generated between a bonding point between a wire bonding pad and the pair of high breakdown voltage DMOSFETs is reduced to a level that can be regarded as zero .
[0010]
BEST MODE FOR CARRYING OUT THE INVENTION
1 (a) and 1 (b) are main part configuration diagrams showing an example of an embodiment of the present invention. FIG. 1 (a) is an enlarged perspective view of an FET chip layout, and FIG. It is a circuit diagram in the case of having done. The same elements as those in FIG. 4 are denoted by the same reference numerals. In Figure 1, Rutotomoni source wire bonding is provided between the gate pad 3 and FETs Q 1,
[0011]
According to the above configuration, the current I PD generated by photodiode 2 is circulated as the gate pad 3 →
As a result, conventional, photodiode 2 in the resulting current I PD is the gate pad 3 →
[0012]
FIG. 2 shows the relationship between the offset voltage appearing between the contacts of the conventional and the FETs of the semiconductor relay of the present invention. It can be seen that the offset voltage of the semiconductor relay of the present invention is much smaller than that of the conventional example. . The reason why the offset voltage of the semiconductor relay of the present invention is slightly generated as the LED current increases is that this light irradiates the FET as the LED light becomes stronger, and the offset voltage is generated by the current generated between the on-resistance and the parasitic diode. Seems to be caused.
[0013]
Further, in the embodiment of the present invention, the source pad 4 is arranged near the junction of the pair of FETs. Such an arrangement is effective when the drain pads of the FETs Q 1 and Q 2 of the semiconductor relay are short-circuited and used with one polarity. That is, the ON resistance R on of Q 1 in the circuit shown in FIG. 3B is R on = {(6a + R 1 + R 2 + R 3 ) × (7a + R 4 )} / {(6a + R 1 + R 2 + R 3 ) + ( 7a + R 4 )} + r ... ▲ 1 ▼
Becomes
[0014]
Figure 1 of the on-resistance R on Q 1 of the present invention shown in (b) 'is R on' = {(6a + R 1 + R 2) × (7a + R 3 + R 4)} / {(6a + R 1 + R 2) + (7a + R 3 + R 4 )} ・ ・ ・ ▲ 2 ▼
(In general, when realizing a low on-resistance semiconductor relay, the chip size is large, the routing of the source wiring is long, and r may be about 10Ω). By reducing the distance to, r can be reduced to a level that can be regarded as zero, as shown in equation (2), and the on-resistance can be reduced even in an equation not including r.
[0015]
【The invention's effect】
As described above in detail, according to the present invention, a semiconductor relay in which a pair of high-breakdown-voltage DMOSFETs whose gates and sources are connected to each other and a gate wire bonding pad and a source wire bonding pad are formed on the same chip as an LED and a photodiode A shunt resistor is provided between the source wire bonding pad and the gate wire bonding pad, and the source wire bonding pad is arranged near a connection point of the pair of high breakdown voltage DMOSFETs; , The wiring resistance generated between the source wire bonding pad and the connection point of the pair of high breakdown voltage DMOSFETs is reduced to a level that can be regarded as zero . As a result, a voltage drop caused by the drain wiring resistance of the conventional FET can be removed, and a semiconductor relay with an offset removed can be realized. Further, since the source wire bonding pad is disposed near the junction of the pair of FETs, the on-resistance can be reduced even when the semiconductor relay is used in one polarity.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is an enlarged view (a) and a circuit diagram of an FET showing an example of an embodiment of a semiconductor relay of the present invention.
FIG. 2 is a diagram showing a relationship between an offset voltage and an LED operating current of the semiconductor relay of the present invention and a conventional semiconductor relay.
FIG. 3 is an enlarged view (a) and a circuit diagram of an FET showing an example of a conventional semiconductor relay circuit.
FIG. 4 is a main part configuration diagram showing a state where a semiconductor relay is applied to a recorder.
[Explanation of symbols]
1 LED
2 on the photodiode array 3 gate wire bonding pads 4 source
Claims (1)
Priority Applications (1)
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JP27204996A JP3572599B2 (en) | 1996-10-15 | 1996-10-15 | Semiconductor relay |
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JP27204996A JP3572599B2 (en) | 1996-10-15 | 1996-10-15 | Semiconductor relay |
Publications (2)
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JPH10117011A JPH10117011A (en) | 1998-05-06 |
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- 1996-10-15 JP JP27204996A patent/JP3572599B2/en not_active Expired - Fee Related
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