JP7032910B2 - 整流ic及びこれを用いた絶縁型スイッチング電源 - Google Patents
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図1は、絶縁型スイッチング電源の全体構成を示すブロック図である。本図の絶縁型スイッチング電源1は、一次回路系1p(GND1系)と二次回路系1s(GND2系)との間を電気的に絶縁しつつ直流入力電圧Viから直流出力電圧Voを生成して負荷Zに供給するLLC共振型のDC/DCコンバータであり、トランス10と、スイッチング回路20と、共振キャパシタ30と、電源制御IC40と、整流IC50と、平滑キャパシタ60と、出力帰還部70と、を有する。
引き続き、図1を参照しながら、整流IC50の構成及び動作について説明する。本構成例の整流IC50は、トランジスタチップ51及び52と、コントローラチップ53とを単一のパッケージに封止して成るマルチチップ型の半導体集積回路装置である。
図2及び図3は、それぞれ、トランジスタチップ51の平面図及びα-α’断面図である。トランジスタチップ51(例えば3mm×3mm、スクライブ幅90μmを含む)に集積化された整流トランジスタは、縦型NDMOSFETであり、その表面側には、図2で示すように、2つのソースパッド51S(例えば2400μm×900μm)と1つのゲートパッド51G(例えば480μm×320μm)が形成されている。なお、ソースパッド51S及びゲートパッド51Gそれぞれの個数、サイズ、及び、配置レイアウトについては、整流トランジスタの電流能力や製造プロセスルールなどに応じて適宜調整することが可能である。
図4は、整流IC50におけるリードフレームの第1パターン例を示す平面透過図(パワーパッケージの採用例)である。本図で示したように、整流IC50は、リードフレームA1~A7とダイパッドA8を有する。
図5及び図6は、それぞれ、パワーパッケージの斜視図(表面側及び裏面側)である。パワーパッケージXでは、第1端面から第1方向(=紙面上向き)に2本の放熱パッド兼用リードピンX1及びX2が延出されており、第2端面(=第1端面とは逆側の端面)から第2方向(=紙面下向き)に7本のリードピンX3が延出されている。
図7は、整流IC50におけるリードフレームの第2パターン例を示す平面透過図である。第2パターン例の整流IC50は、先の第1パターン例(図4)をベースとしつつ、整流トランジスタ51及び52双方のオン/オフ制御を行うコントローラチップ53に代えて、整流トランジスタ51のオン/オフ制御を行うコントローラチップ53aと、整流トランジスタ52のオン/オフ制御を行うコントローラチップ53bとを個別に有する。
図8は、絶縁型スイッチング電源の第1変形例を示す回路ブロック図である。本変形例の絶縁型スイッチング電源1では、第2パターン例(図7)の整流IC50を適用することにより、二次回路系1sがローサイド型(図1)からハイサイド型に変更されている。以下では、整流IC50周辺の接続関係を中心に、ローサイド型(図1)とハイサイド型(図8)との相違点について説明する。
図10は、整流IC50におけるリードフレームの第3パターン例を示す平面透過図である。第3パターン例の整流IC50は、先出の第1パターン例(図4)をベースとしつつ、いくつかの変更が加えられている。また、本図の平面透過図は、先の図4と比べて、実機に即した描写とされている。
図11は、トランジスタチップ51の縦断面図である。なお、トランジスタチップ52は、トランジスタチップ51と同一構造であるため、その説明を省略する。
本明細書中に開示されている種々の技術的特徴は、上記実施形態のほか、その技術的創作の主旨を逸脱しない範囲で種々の変更を加えることが可能である。すなわち、上記実施形態は、全ての点で例示であって制限的なものではないと考えられるべきであり、本発明の技術的範囲は、上記実施形態の説明ではなく、特許請求の範囲によって示されるものであり、特許請求の範囲と均等の意味及び範囲内に属する全ての変更が含まれると理解されるべきである。
1p 一次回路系(GND1系)
1s 二次回路系(GND2系)
10 トランス
11 一次巻線
11x 漏れインダクタンス
12 二次巻線
20 スイッチング回路
21、22 スイッチ素子(NMOSFET)
30 共振キャパシタ
40 電源制御IC
50 整流IC
51、52 トランジスタチップ(整流トランジスタ)
51S ソースパッド
51G ゲートパッド
51a セル部
51b 中間絶縁層
51c メタル層
51d 保護層
51e ドレイン電極
51e1 Ti層
51e2 Ni層
51e3 Au層
51e4 Ag層
53、53a、53b コントローラチップ
53S1、53S2 ソース電圧検出パッド
53D1、53D2 ドレイン電圧検出パッド
53G1、53G2 ゲート制御パッド
53V、53V1、53V2 電源パッド
60 平滑キャパシタ
70 出力帰還部
80 電源制御IC
81 出力トランジスタ
90 インダクタ
501 n-型ベース層
502 p型コラム層
503 p型ベース層
504 n+型ソース層
505 ゲート絶縁膜
506 ゲート電極
507 ソース電極
508 n+型コンタクト層
509 ドレイン電極
510 トラップレベル領域
511 層間絶縁膜
512 セル
513 寄生ダイオード
514 チャネル領域
515 コンタクト孔
T11~T15 タップ
T51~T55 外部端子
A1~A7 リードフレーム
A8、A8a、A8b ダイパッド
W1~W9、W9a、W9b ワイヤ
X パワーパッケージ
X1、X2 放熱パッド兼用リードピン
X3 リードピン
X4 放熱パッド
Z 負荷
Claims (17)
- 第1トランジスタを集積化した第1トランジスタチップと、
第2トランジスタを集積化した第2トランジスタチップと、
各トランジスタの第1ノード電圧及び第2ノード電圧をそれぞれ検出して各トランジスタのオン/オフ制御を行うコントローラチップと、
前記第1トランジスタチップを実装する第1リードフレームと、
前記第2トランジスタチップを実装する第2リードフレームと、
前記コントローラチップを実装するダイパッドと、
前記第1トランジスタのソースと接続される第3リードフレームと、
前記第2トランジスタのソースと接続される第4リードフレームと、
を単一のパッケージに封止して成り、
絶縁型スイッチング電源の二次側整流手段として機能する整流ICであって、
前記第1リードフレーム及び前記第2リードフレームは、前記パッケージの第1辺から引き出されており、
前記第3リードフレーム及び前記第4リードフレームは、前記パッケージの第2辺から引き出されており、
前記第3リードフレーム及び前記第4リードフレームは、前記第2辺の両端に配置されている、整流IC。 - 前記コントローラチップは、前記第1トランジスタ及び前記第2トランジスタ双方のオン/オフ制御に際して、それぞれ、第1ノード電圧が第2ノード電圧よりも低いものをオンし、第1ノード電圧が第2ノード電圧よりも高いものをオフする、請求項1に記載の整流IC。
- 前記第1トランジスタと前記第2トランジスタは、いずれも縦型NDMOSFET[N-channel type double-diffused metal oxide semiconductor field effect transistor]である、請求項1または請求項2に記載の整流IC。
- 前記第1リードフレーム及び前記第2リードフレームは、前記第3リードフレーム及び前記第4リードフレームよりも幅広であり、放熱パッド兼用リードピンとして前記パッケージから露出されている、請求項1~請求項3のいずれか一項に記載の整流IC。
- 前記ダイパッドは、少なくともその一部が放熱パッドとして前記パッケージから露出されている、請求項1~請求項4のいずれか一項に記載の整流IC。
- 前記コントローラチップとして、前記第1トランジスタのオン/オフ制御を行う第1コントローラチップと、前記第2トランジスタのオン/オフ制御を行う第2コントローラチップと、を個別に有し、
前記ダイパッドとして、前記第1コントローラチップがダイボンディングされる第1ダイパッドと、前記第2コントローラチップがダイボンディングされる第2ダイパッドと、を個別に有する、請求項1~請求項5のいずれか一項に記載の整流IC。 - 前記コントローラチップは、前記第1トランジスタチップと前記第2トランジスタチップが並ぶ第1方向において、前記パッケージの中央に重なる、請求項1に記載の整流IC。
- 前記第1トランジスタチップと前記第2トランジスタチップは、第1方向に並べられており、前記第1トランジスタチップの第1面上にソースとゲートが形成され、前記第1方向と直交する第2方向において、前記ソースと前記ゲートが並ぶ、請求項1に記載の整流IC。
- 前記第1トランジスタチップと前記第2トランジスタチップは、第1方向に並べられており、前記第2トランジスタチップの第1面上にソースとゲートが形成され、前記第1方向と直交する第2方向において、前記ソースと前記ゲートが並ぶ、請求項1に記載の整流IC。
- 前記コントローラチップは、前記パッケージの平面視において、前記第3リードフレームと前記第4リードフレームとの間に配置されている、請求項1に記載の整流IC。
- 前記整流ICは、前記パッケージの前記第2辺から引き出されている第5リードフレームをさらに有し、
前記第3リードフレーム及び前記第4リードフレームは、前記第5リードフレームよりも長い、請求項1に記載の整流IC。 - 前記第1リードフレーム、前記第2リードフレーム、前記ダイパッド、前記第3リードフレーム、及び、前記第4リードフレームは、互いに離間して配置されている、請求項1に記載の整流IC。
- 前記第3リードフレーム、前記ダイパッド、及び、前記第4リードフレームは、前記第1トランジスタチップと前記第2トランジスタチップが並ぶ第1方向において、互いに重なっている、請求項1に記載の整流IC。
- 前記コントローラチップと接続されていない第5リードフレームをさらに有する、請求項1に記載の整流IC。
- トランスの二次側整流手段として、請求項1~請求項14のいずれか一項に記載の整流ICを含む、絶縁型スイッチング電源。
- LLC共振型である、請求項15に記載の絶縁型スイッチング電源。
- フォワード型である、請求項15に記載の絶縁型スイッチング電源。
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