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(19)【発行国】日本国特許庁(JP)
(12)【公報種別】公開特許公報(A)
(11)【公開番号】P2023184192
(43)【公開日】2023-12-28
(54)【発明の名称】半導体チップ、半導体装置
(51)【国際特許分類】
   G01R 31/28 20060101AFI20231221BHJP
   H01L 21/822 20060101ALI20231221BHJP
   H01L 21/8234 20060101ALI20231221BHJP
   H01L 27/06 20060101ALI20231221BHJP
   H03K 17/00 20060101ALI20231221BHJP
   G01R 31/26 20200101ALI20231221BHJP
   H01L 21/60 20060101ALI20231221BHJP
【FI】
G01R31/28 W
H01L27/04 T
H01L27/06 102A
H01L27/06 311A
H03K17/00 B
G01R31/26 G
H01L21/60 321Y
【審査請求】未請求
【請求項の数】10
【出願形態】OL
(21)【出願番号】P 2022098202
(22)【出願日】2022-06-17
(71)【出願人】
【識別番号】000116024
【氏名又は名称】ローム株式会社
(74)【代理人】
【識別番号】110001933
【氏名又は名称】弁理士法人 佐野特許事務所
(72)【発明者】
【氏名】内本 大介
【テーマコード(参考)】
2G003
2G132
5F038
5F048
5J055
【Fターム(参考)】
2G003AA07
2G003AB18
2G003AC09
2G003AE01
2G003AF01
2G003AH02
2G003AH10
2G132AA12
2G132AC03
2G132AD01
2G132AD15
2G132AK09
2G132AK15
2G132AL11
5F038DT02
5F038DT11
5F038DT12
5F038DT16
5F048AC06
5F048AC10
5J055AX36
5J055BX16
5J055CX23
5J055DX13
5J055DX22
5J055DX61
5J055EY01
5J055EZ25
5J055FX04
5J055FX08
5J055GX01
5J055GX02
5J055GX08
(57)【要約】
【課題】並列敷設される複数のワイヤーそれぞれのボンディング不良を検出する。
【解決手段】半導体チップ10は、パワートランジスタM1と、複数のパッドP11及びP12と、複数のパッドP11及びP12それぞれとパワートランジスタM1の第1端との間をそれぞれ導通するように構成された複数の配線MT11及びMT12と、複数の配線MT11及びMT12それぞれに流れる分流電流I11及びI12と複数の配線MT11及びMT12それぞれが持つ配線抵抗成分に応じて複数の配線MT11及びMT12それぞれに生じる電圧降下のうち少なくとも一つをセンス電圧Vs1(=Vs)として検出するように構成された電流検出回路12と、電流検出回路12の検出結果(例えば、期待値との一致/不一致)に応じて複数のパッドP11及びP12それぞれのワイヤーボンディング状態を判定するように構成されたロジック13と、を備える。
【選択図】図3
【特許請求の範囲】
【請求項1】
パワートランジスタと、
複数のパッドと、
前記複数のパッドそれぞれと前記パワートランジスタの第1端又は第2端との間をそれぞれ導通するように構成された複数の配線と、
前記複数の配線それぞれに流れる分流電流と前記複数の配線それぞれが持つ配線抵抗成分に応じて前記複数の配線それぞれに生じる電圧降下のうち少なくとも一つをセンス電圧として検出するように構成された電流検出回路と、
前記電流検出回路の検出結果に応じて前記複数のパッドそれぞれのワイヤーボンディング状態を判定するように構成されたロジックと、
を備える、半導体チップ。
【請求項2】
前記ロジックは、前記センス電圧が期待値と一致していないときに前記ワイヤーボンディング状態を不良と判定する、請求項1に記載の半導体チップ。
【請求項3】
前記複数の配線のうち、前記センス電圧が引き出される配線は、前記パワートランジスタの素子形成領域上に敷設されている、請求項1又は2に記載の半導体チップ。
【請求項4】
前記複数のパッドは、複数の入力パッドと、複数の出力パッドと、を含み、
前記複数の配線は、前記複数の入力パッドそれぞれと前記パワートランジスタの前記第1端との間をそれぞれ導通するように構成された複数の入力配線と、前記複数の出力パッドそれぞれと前記パワートランジスタの前記第2端との間をそれぞれ導通するように構成された複数の出力配線と、を含み、
前記複数の入力配線のうち少なくとも一つに生じる第1センス電圧と前記複数の出力配線のうち少なくとも一つに生じる第2センス電圧のうちいずれを前記センス電圧として前記電流検出回路に出力するかを切り替えるように構成されたマルチプレクサをさらに備える、請求項1又は2に記載の半導体チップ。
【請求項5】
前記マルチプレクサは、テストモードにおいて、前記第1センス電圧及び前記第2センス電圧を順次出力する、請求項4に記載の半導体チップ。
【請求項6】
前記マルチプレクサは、非テストモードにおいて、前記第1センス電圧又は前記第2センス電圧の一方を常時出力する、請求項5に記載の半導体チップ。
【請求項7】
前記パワートランジスタは、それぞれの制御端が共通に接続された複数の単位トランジスタに分割されている、請求項1又は2に記載の半導体チップ。
【請求項8】
前記複数の単位トランジスタは、それぞれの電流能力が互いに等しい、請求項7に記載の半導体チップ。
【請求項9】
前記パワートランジスタから出力される出力電圧又はこれに応じた帰還電圧が基準電圧と一致するように前記パワートランジスタの駆動制御を行うように構成されたドライバをさらに備える、請求項1又は2に記載の半導体チップ。
【請求項10】
請求項1又は2に記載の半導体チップと、
複数の外部電極と、
前記複数の外部電極と前記複数のパッドとの間をボンディングするように構成されたワイヤーと、
を備える、半導体装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【0001】
本開示は、半導体チップ及び半導体装置に関する。
【背景技術】
【0002】
大電流を取り扱う半導体装置では、電流分散のためにパッドと外部電極との間を複数のワイヤーで並列にボンディングすることが多い(例えば特許文献1、2及び3を参照)。
【先行技術文献】
【特許文献】
【0003】
【特許文献1】特開2006-109665号公報
【特許文献2】特開2008-236528号公報
【特許文献3】特開2004-080087号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【0004】
しかしながら、上記従来の半導体装置では、並列敷設される複数のワイヤーそれぞれのボンディング不良を検出する手法について検討の余地があった。
【課題を解決するための手段】
【0005】
例えば、本明細書中に開示されている半導体チップは、パワートランジスタと、複数のパッドと、前記複数のパッドそれぞれと前記パワートランジスタの第1端又は第2端との間をそれぞれ導通するように構成された複数の配線と、前記複数の配線それぞれに流れる分流電流と前記複数の配線それぞれが持つ配線抵抗成分に応じて前記複数の配線それぞれに生じる電圧降下のうち少なくとも一つをセンス電圧として検出するように構成された電流検出回路と、前記電流検出回路の検出結果に応じて前記複数のパッドそれぞれのワイヤーボンディング状態を判定するように構成されたロジックと、を備える。
【0006】
なお、その他の特徴、要素、ステップ、利点、及び、特性については、以下に続く発明を実施するための形態及びこれに関する添付の図面によって、さらに明らかとなる。
【発明の効果】
【0007】
本開示によれば、並列敷設される複数のワイヤーそれぞれのボンディング不良を検出することのできる半導体チップ及び半導体装置を提供することが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【0008】
図1図1は、半導体装置の第1比較例を示す図である。
図2図2は、半導体装置の第2比較例を示す図である。
図3図3は、半導体装置の第1実施形態を示す図である。
図4図4は、半導体装置の第2実施形態を示す図である。
図5図5は、第2実施形態の回路レイアウト(MT描写なし)を示す図である。
図6図6は、第2実施形態の回路レイアウト(MT描写あり)を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【0009】
<半導体装置(第1比較例)>
図1は、半導体装置の第1比較例(=後出の第1実施形態及び第2実施形態と対比される一般的な構成例)を示す図である。本比較例の半導体装置1は、半導体チップ10と、入力電極IN及び出力電極OUTと、ワイヤーW11、W12、W21及びW22と、をパッケージに封止して成る。
【0010】
半導体チップ10には、パワートランジスタM1(例えばNMOSFET[N-channel type metal oxide semiconductor field effect transistor])を含めて種々の回路要素(不図示)が集積化されている。また、半導体チップ10は、入力電極IN及び出力電極OUTそれぞれとの電気的な導通を得るためにパッドP11、P12、P21及びP22を備えている。
【0011】
パワートランジスタM1は、パッドP11及びP12とパッドP21及びP22との間に接続されている。本図に即して述べると、パワートランジスタM1のドレインは、パッドP11及びP12に接続されている。パワートランジスタM1のソースは、パッドP21及びP22に接続されている。パワートランジスタM1のゲートは、ゲート信号G1の印加端に接続されている。
【0012】
パワートランジスタM1は、ゲート信号G1に応じてオン抵抗が変化する。パワートランジスタM1がNMOSFETである場合、パワートランジスタM1のオン抵抗は、ゲート信号G1が高いほど小さくなり、ゲート信号G1が低いほど大きくなる。従って、パワートランジスタM1に流れる出力電流Ioは、ゲート信号G1が高いほど大きくなり、ゲート信号G1が低いほど小さくなる。
【0013】
入力電極INは、入力電圧Viが印加される外部電極である。なお、入力電極INの一端は、半導体装置1のパッケージから露出されている。
【0014】
出力電極OUTは、出力電圧Voが印加される外部電極である。なお、出力電極OUTの一端は、半導体装置1のパッケージから露出されている。
【0015】
ワイヤーW11及びW12は、それぞれ、入力電極INの他端と半導体チップ10のパッドP11及びP12との間をボンディングするように敷設されている。
【0016】
ワイヤーW21及びW22は、それぞれ、出力電極OUTの他端と半導体チップ10のパッドP21及びP22との間をボンディングするように敷設されている。
【0017】
このように、本比較例の半導体装置1では、入力電極INと半導体チップ10との間がワイヤーW11及びW12で並列にボンディングされている。従って、入力電極INからパワートランジスタM1に向かう出力電流IoをワイヤーW11及びW12に分散して流すことができる。同様に、本比較例の半導体装置1では、半導体チップ10と出力電極OUTとの間がワイヤーW21及びW22で並列にボンディングされている。従って、パワートランジスタM1から出力電極OUTに向かう出力電流IoをワイヤーW21及びW22に分散して流すことができる。
【0018】
ただし、本比較例の半導体装置1では、並列敷設されたワイヤーW11及びW12(又はワイヤーW21及びW22)の一方にボンディング不良が生じていても、見かけ上は半導体装置1が支障なく動作し得る。そのため、マルチワイヤーのボンディング不良が生じていても、これを動作上判別することは難しい。
【0019】
<半導体装置(第2比較例)>
図2は、半導体装置の第2比較例(=後出の第1実施形態及び第2実施形態と対比される一般的な構成例)を示す図である。本比較例の半導体装置1は、先出の第1比較例(図1)を基本としつつ、パワートランジスタM1に代えて、複数のパワートランジスタM1a及びM1bを備える。
【0020】
パワートランジスタM1aのドレインは、パッドP11に接続されている。パワートランジスタM1aのソースは、パッドP21に接続されている。パワートランジスタM1aのゲートは、ゲート信号G1aの印加端に接続されている。
【0021】
パワートランジスタM1bのドレインは、パッドP12に接続されている。パワートランジスタM1bのソースは、パッドP22に接続されている。パワートランジスタM1bのゲートは、ゲート信号G1bの印加端に接続されている。
【0022】
なお、パワートランジスタM1a及び~M1bは、それぞれの素子サイズ(延いては電流能力)が互いに等しい。従って、パワートランジスタM1a及びM1bをいずれもオン状態としたときには、パワートランジスタM1a及びM1bそれぞれに出力電流Ioが半分ずつ流れる。
【0023】
本比較例の半導体装置1であれば、パワートランジスタM1a及びM1bそれぞれを個別に制御することが可能である。従って、入力電極INからワイヤーW11、パッドP11、パワートランジスタM1a、パッドP21及びワイヤーW21を介して出力電極OUTに至る経路に電流が流れるか否かを検出することにより、ワイヤーW11及びW21の少なくとも一方にボンディング不良が生じているか否かを判別することができる。
【0024】
また、入力電極INからワイヤーW12、パッドP12、パワートランジスタM1b、パッドP22及びワイヤーW22を介して出力電極OUTに至る経路に電流が流れるか否かを検出することにより、ワイヤーW12及びW22の少なくとも一方にボンディング不良が生じているか否かを判別することができる。
【0025】
ただし、本比較例の半導体装置1では、パワートランジスタM1a及びM1bそれぞれを個別に制御するために、それぞれのバックゲートを個別に分けておく必要がある。本図に即して述べると、パワートランジスタM1aのバックゲートは、パワートランジスタM1aのソース(パッドP21)に接続されている。また、パワートランジスタM1bのバックゲートは、パワートランジスタM1bのソース(パッドP22)に接続されている。そのため、パワートランジスタM1a及びM1bそれぞれの素子面積(延いては半導体チップ10のサイズ)が大きくなる。
【0026】
<半導体装置(第1実施形態)>
図3は、半導体装置の第1実施形態を示す図である。本実施形態の半導体装置1は、入力電圧Viを降圧して出力電圧Voを生成するリニア電源IC[integrated circuit]である。本図に即して述べると、本実施形態の半導体装置1は、先出の第1比較例(図1)を基本としつつ、ドライバ11と、電流検出回路12と、ロジック13と、マルチプレクサ14と、をさらに備える。
【0027】
ドライバ11は、パワートランジスタM1のソースから出力される出力電圧Vo(又は出力電圧Voに応じた帰還電圧Vfb)が基準電圧Vrefと一致するようにパワートランジスタM1の駆動制御を行う。
【0028】
パワートランジスタM1のドレインとパッドP11との間には、両者を導通するためのメタル配線MT11が敷設されている。また、パワートランジスタM1のドレインとパッドP12との間には、両者を導通するためのメタル配線MT12が敷設されている。メタル配線MT11及びMT12には、それぞれ、分流電流I11及びI12が流れる。
【0029】
一方、パワートランジスタM1のソースとパッドP21との間には、両者を導通するためのメタル配線MT21が敷設されている。また、パワートランジスタM1のソースとパッドP22との間には、両者を導通するためのメタル配線MT22が敷設されている。メタル配線MT21及びMT22には、それぞれ、分流電流I21及びI22が流れる。
【0030】
なお、上記構成要素のうち、パッドP11及びP12は、いずれも複数の入力パッドに相当する。パッドP21及びP22は、いずれも複数の出力パッドに相当する。メタル配線MT11及びMT12は、いずれも複数の入力配線に相当する。メタル配線MT21及びMT22は、いずれも複数の出力配線に相当する。
【0031】
電流検出回路12は、マルチプレクサ14から出力されるセンス電圧Vs(=ノードn1とノードn2との間に印加されるノード間電圧)を検出する。
【0032】
ロジック13は、電流検出回路12の検出結果に応じて複数のパッドP11、P12、P21及びP22それぞれのワイヤーボンディング状態を判定する。例えば、ロジック13は、センス電圧Vsが期待値と一致していないときにワイヤーボンディング状態を不良と判定するようにしてもよい(詳細は後述)。
【0033】
マルチプレクサ14は、テスト制御信号TESTに応じてセンス電圧Vs12及びVs22のうちいずれをセンス電圧Vsとして電流検出回路12に出力するかを切り替える。
【0034】
センス電圧Vs12は、メタル配線MT12に流れる分流電流I12とメタル配線MT12が持つ配線抵抗成分(=センス抵抗Rs12)に応じてメタル配線MT12に生じる電圧降下(=I12×Rs12)に相当する。つまり、本実施形態の半導体装置1では、パワートランジスタM1のドレインに繋がるメタル配線が2系統に分岐されており、その一つ(本図ではメタル配線MT12)がセンス抵抗Rs12として利用されている。
【0035】
センス電圧Vs22は、メタル配線MT22に流れる分流電流I22とメタル配線MT22が持つ配線抵抗成分(=センス抵抗Rs22)に応じてメタル配線MT22に生じる電圧降下(=I22×Rs22)に相当する。つまり、本実施形態の半導体装置1では、パワートランジスタM1のソースに繋がるメタル配線が2系統に分岐されており、その一つ(本図ではメタル配線MT22)がセンス抵抗Rs22として利用されている。
【0036】
本図に即して述べると、マルチプレクサ14は、スイッチ141~144と、インバータ145と、を含む。
【0037】
スイッチ141は、センス抵抗Rs12の第1端とノードn1の間に接続されており、テスト制御信号TESTに応じてオン/オフされる。例えば、スイッチ141は、テスト制御信号TESTがハイレベルであるときにオン状態となり、テスト制御信号TESTがローレベルであるときにオフ状態となる。
【0038】
スイッチ142は、センス抵抗Rs12の第2端とノードn2の間に接続されており、テスト制御信号TESTに応じてオン/オフされる。例えば、スイッチ142は、テスト制御信号TESTがハイレベルであるときにオン状態となり、テスト制御信号TESTがローレベルであるときにオフ状態となる。
【0039】
スイッチ143は、センス抵抗Rs22の第1端とノードn1の間に接続されており、反転テスト制御信号TESTB(=テスト制御信号TESTの論理反転信号)に応じてオン/オフされる。例えば、スイッチ143は、反転テスト制御信号TESTBがハイレベルであるときにオン状態となり、反転テスト制御信号TESTBがローレベルであるときにオフ状態となる。
【0040】
スイッチ144は、センス抵抗Rs22の第2端とノードn2の間に接続されており、反転テスト制御信号TESTBに応じてオン/オフされる。例えば、スイッチ144は、反転テスト制御信号TESTBがハイレベルであるときにオン状態となり、反転テスト制御信号TESTBがローレベルであるときにオフ状態となる。
【0041】
インバータ145は、テスト制御信号TESTの論理レベルを反転させて反転テスト制御信号TESTBを生成する。従って、反転テスト制御信号TESTBは、テスト制御信号TESTがハイレベルであるときにローレベルとなり。テスト制御信号TESTがローレベルであるときにハイレベルとなる。
【0042】
テスト制御信号TESTがハイレベルであるときには、スイッチ141及び142がオン状態となり、スイッチ143及び144がオフ状態となる。従って、センス抵抗Rs12の両端がそれぞれノードn1及びn2に導通される。つまり、マルチプレクサ14は、センス電圧Vsとしてセンス電圧Vs12を出力する状態となる。
【0043】
ここで、パッドP11及びP12のいずれにもボンディング不良が生じていなければ、メタル配線MT11及びMT12のそれぞれに均等な分流電流I11及びI12(=I11=I12=Io/2)が流れる。このとき、電流検出回路12は、センス電圧Vs(=I12×Rs12)が期待値(=(Io/2)×Rs12)と一致していることを検出する。ロジック13は、この検出結果に応じてパッドP11及びP12それぞれのワイヤーボンディング状態を良好と判定する。
【0044】
一方、パッドP11及びP12にボンディング不良が生じていれば、メタル配線MT11及びMT12のそれぞれに不均等な分流電流I11及びI12が流れる。例えば、ワイヤーW11が断線している場合、出力電流Ioの全てが分流電流I12として流れる。従って、センス電圧Vs(=I12×Rs12)が期待値(=(Io/2)×Rs12)よりも高くなる。なお、パッドP11のワイヤーボンディング状態が不十分である場合にもI11<I12となるので、センス電圧Vsが期待値よりも高くなる。
【0045】
また、例えば、ワイヤーW12が断線している場合には、分流電流I12が一切流れない。従って、センス電圧Vs(=I12×Rs12)が期待値(=(Io/2)×Rs12)よりも低くなる。なお、パッドP12のワイヤーボンディング状態が不十分である場合にもI11>I12となるので、センス電圧Vsが期待値よりも低くなる。
【0046】
上記のように、分流電流I11及びI12が不均等であるとき、電流検出回路12は、センス電圧Vs(=I12×Rs12)が期待値(=(Io/2)×Rs12)と一致していないことを検出する。ロジック13は、この検出結果に応じてパッドP11及びP12それぞれのワイヤーボンディング状態を不良と判定する。
【0047】
テスト制御信号TESTがローレベルであるときには、スイッチ141及び142がオフ状態となり、スイッチ143及び144がオン状態となる。従って、センス抵抗Rs22の両端がそれぞれノードn1及びn2に導通される。つまり、マルチプレクサ14は、センス電圧Vsとしてセンス電圧Vs22を出力する状態となる。
【0048】
ここで、パッドP21及びP22のいずれにもボンディング不良が生じていなければ、メタル配線MT21及びMT22のそれぞれに均等な分流電流I21及びI22(=I21=I22=Io/2)が流れる。このとき、電流検出回路12は、センス電圧Vs(=I22×Rs22)が期待値(=(Io/2)×Rs22)と一致していることを検出する。ロジック13は、この検出結果に応じてパッドP21及びP22それぞれのワイヤーボンディング状態を良好と判定する。
【0049】
一方、パッドP21及びP22にボンディング不良が生じていれば、メタル配線MT21及びMT22のそれぞれに不均等な分流電流I21及びI22が流れる。例えば、ワイヤーW21が断線している場合、出力電流Ioの全てが分流電流I22として流れる。従って、センス電圧Vs(=I22×Rs22)が期待値(=(Io/2)×Rs22)よりも高くなる。なお、パッドP21のワイヤーボンディング状態が不十分である場合にもI21<I22となるので、センス電圧Vsが期待値よりも高くなる。
【0050】
また、例えば、ワイヤーW22が断線している場合には、分流電流I22が一切流れない。従って、センス電圧Vs(=I22×Rs22)が期待値(=(Io/2)×Rs22)よりも低くなる。なお、パッドP22のワイヤーボンディング状態が不十分である場合にもI21>I22となるので、センス電圧Vsが期待値よりも低くなる。
【0051】
上記のように、分流電流I21及びI22が不均等であるとき、電流検出回路12は、センス電圧Vs(=I22×Rs22)が期待値(=(Io/2)×Rs22)と一致していないことを検出する。ロジック13は、この検出結果に応じてパッドP21及びP22それぞれのワイヤーボンディング状態を不良と判定する。
【0052】
本実施形態の半導体装置1であれば、パッドP11及びP12それぞれに流れる分流電流I11及びI12のうち少なくとも一方を検出し、期待値との一致/不一致を判定することにより、半導体装置1のアセンブリ後におけるパッドP11及びP12それぞれのワイヤーボンディング状態を判別することが可能となる。
【0053】
同様に、本実施形態の半導体装置1であれば、パッドP21及びP22それぞれに流れる分流電流I21及びI22のうち少なくとも一方を検出し、期待値との一致/不一致を判定することにより、半導体装置1のアセンブリ後におけるパッドP21及びP22それぞれのワイヤーボンディング状態を判別することが可能となる。
【0054】
また、本実施形態の半導体装置1であれば、先出の第2比較例(図2)と異なり、パワートランジスタM1を複数に分割して個別に制御する必要がない。従って、パワートランジスタM1の素子面積(延いては半導体チップ10のサイズ)を大型化せずに済む。
【0055】
さらに、マルチプレクサ14を備える構成であれば、分流電流I12及びI22それぞれの検出手段として、単一の電流検出回路12を共用することができる。従って、入出力双方に個別の電流検出回路を設ける構成と比べて回路規模を縮小することが可能となる。
【0056】
なお、マルチプレクサ14は、テストモードにおいて、センス電圧Vs12及びVs22を順次出力するとよい。このような順次出力を行うためには、テストモードにおいて、テスト制御信号TESTをハイレベルからローレベル(又はローレベルからハイレベル)に切り替えるとよい。
【0057】
また、マルチプレクサ14は、非テストモードにおいて、センス電圧Vs12又はVs22の一方を常時出力するとよい。このような常時出力を行うためには、非テストモードにおいて、テスト制御信号TESTをハイレベル(又はローレベル)に固定すればよい。
【0058】
なお、上記の非テストモードにおいて、電流検出回路12は、センス電圧Vsを検出してパワートランジスタM1に流れる出力電流Ioを制限するようにドライバ11を制御する過電流保護回路として機能するとよい。このような構成であれば、テストモードだけでなく非テストモードでも電流検出回路12を活用することが可能となる。
【0059】
<半導体装置(第2実施形態)>
図4は、半導体装置の第2実施形態を示す図である。本実施形態の半導体装置1は、先出の第1実施形態(図3)を基本としつつ、先出の入力電極IN及び出力電極OUTがそれぞれ複数本ずつ設けられている。本図に即して述べると、半導体装置1は、半導体チップ10と、入力電極IN1~IN3と、出力電極OUT1~OUT3と、ワイヤーW11~W16及びW21~W26と、をパッケージに封止して成る。
【0060】
また、先出のパワートランジスタM1は、それぞれのゲートが共通に接続された3つのパワートランジスタM11~M13(=単位トランジスタに相当)に分割されている。
【0061】
なお、パワートランジスタM11~M13は、それぞれの素子サイズ(延いては電流能力)が互いに等しい。従って、パワートランジスタM11~M13には、パワートランジスタM1全体に流れる出力電流Ioを3等分した単位出力電流Io/3が流れる。
【0062】
さらに、半導体チップ10は、入力電極IN1~IN3及び出力電極OUT1~OUT3それぞれとの電気的な導通を得るためにパッドP11~P16及びP21~P26を備えている。
【0063】
パワートランジスタM11のドレインは、パッドP11及びP12に接続されている。パワートランジスタM11のソースは、パッドP21及びP22に接続されている。パワートランジスタM11のゲートは、ゲート信号G1の印加端(=ドライバ11の出力端)に接続されている。
【0064】
パワートランジスタM12のドレインは、パッドP13及びP14に接続されている。パワートランジスタM12のソースは、パッドP23及びP24に接続されている。パワートランジスタM12のゲートは、ゲート信号G1の印加端(=ドライバ11の出力端)に接続されている。
【0065】
パワートランジスタM13のドレインは、パッドP15及びP16に接続されている。パワートランジスタM13のソースは、パッドP25及びP26に接続されている。パワートランジスタM13のゲートは、ゲート信号G1の印加端(=ドライバ11の出力端)に接続されている。
【0066】
入力電極IN1~IN3は、いずれも、入力電圧Viが印加される外部電極である。なお、入力電極IN1~IN3それぞれの一端は、いずれも半導体装置1のパッケージから露出されている。
【0067】
出力電極OUT1~OUT3は、いずれも出力電圧Voが印加される外部電極である。なお、出力電極OUT1~OUT3それぞれの一端は、いずれも半導体装置1のパッケージから露出されている。
【0068】
ワイヤーW11は、入力電極IN1の他端と半導体チップ10のパッドP11との間をボンディングするように敷設されている。ワイヤーW12は、入力電極IN1の他端と半導体チップ10のパッドP12との間をボンディングするように敷設されている。ワイヤーW13は、入力電極IN2の他端と半導体チップ10のパッドP13との間をボンディングするように敷設されている。ワイヤーW14は、入力電極IN2の他端と半導体チップ10のパッドP14との間をボンディングするように敷設されている。ワイヤーW15は、入力電極IN3の他端と半導体チップ10のパッドP15との間をボンディングするように敷設されている。ワイヤーW16は、入力電極IN3の他端と半導体チップ10のパッドP16との間をボンディングするように敷設されている。
【0069】
ワイヤーW21は、出力電極OUT1の他端と半導体チップ10のパッドP21との間をボンディングするように敷設されている。ワイヤーW22は、出力電極OUT1の他端と半導体チップ10のパッドP22との間をボンディングするように敷設されている。ワイヤーW23は、出力電極OUT2の他端と半導体チップ10のパッドP23との間をボンディングするように敷設されている。ワイヤーW24は、出力電極OUT2の他端と半導体チップ10のパッドP24との間をボンディングするように敷設されている。ワイヤーW25は、出力電極OUT3の他端と半導体チップ10のパッドP25との間をボンディングするように敷設されている。ワイヤーW26は、出力電極OUT3の他端と半導体チップ10のパッドP26との間をボンディングするように敷設されている。
【0070】
なお、パッドP11~P16及びワイヤーW11~W16は、いずれも、出力電流Io(より正確には出力電流Ioを分岐した分流電流)が流れる電流経路であって電流検出専用ではない。パッドP21~P26及びワイヤーW21~W26についても同様である。
【0071】
パワートランジスタM11のドレインとパッドP11との間には、両者を導通するためのメタル配線MT11が敷設されている。パワートランジスタM11のドレインとパッドP12との間には、両者を導通するためのメタル配線MT12が敷設されている。メタル配線MT11及びMT12には、それぞれ、分流電流I11及びI12が流れる。メタル配線MT12に流れる分流電流I12とメタル配線MT12が持つ配線抵抗成分(=センス抵抗Rs12)に応じてメタル配線MT12に生じる電圧降下は、センス電圧Vs12(=I12×Rs12)としてマルチプレクサ14に出力される。
【0072】
パワートランジスタM12のドレインとパッドP13との間には、両者を導通するためのメタル配線MT13が敷設されている。パワートランジスタM12のドレインとパッドP14との間には、両者を導通するためのメタル配線MT14が敷設されている。メタル配線MT13及びMT14には、それぞれ、分流電流I13及びI14が流れる。メタル配線MT14に流れる分流電流I14とメタル配線MT14が持つ配線抵抗成分(=センス抵抗Rs14)に応じてメタル配線MT14に生じる電圧降下は、センス電圧Vs14(=I14×Rs14)としてマルチプレクサ14に出力される。
【0073】
パワートランジスタM13のドレインとパッドP15との間には、両者を導通するためのメタル配線MT15が敷設されている。パワートランジスタM13のドレインとパッドP16との間には、両者を導通するためのメタル配線MT16が敷設されている。メタル配線MT15及びMT16には、それぞれ、分流電流I15及びI16が流れる。メタル配線MT16に流れる分流電流I16とメタル配線MT16が持つ配線抵抗成分(=センス抵抗Rs16)に応じてメタル配線MT16に生じる電圧降下は、センス電圧Vs16(=I16×Rs16)としてマルチプレクサ14に出力される。
【0074】
パワートランジスタM11のソースとパッドP21との間には、両者を導通するためのメタル配線MT21が敷設されている。パワートランジスタM11のソースとパッドP22との間には、両者を導通するためのメタル配線MT22が敷設されている。メタル配線MT21及びMT22には、それぞれ、分流電流I21及びI22が流れる。メタル配線MT22に流れる分流電流I22とメタル配線MT22が持つ配線抵抗成分(=センス抵抗Rs22)に応じてメタル配線MT22に生じる電圧降下は、センス電圧Vs22(=I22×Rs22)としてマルチプレクサ14に出力される。
【0075】
パワートランジスタM12のソースとパッドP23との間には、両者を導通するためのメタル配線MT23が敷設されている。パワートランジスタM12のソースとパッドP24との間には、両者を導通するためのメタル配線MT24が敷設されている。メタル配線MT23及びMT24には、それぞれ、分流電流I23及びI24が流れる。メタル配線MT24に流れる分流電流I24とメタル配線MT24が持つ配線抵抗成分(=センス抵抗Rs24)に応じてメタル配線MT24に生じる電圧降下は、センス電圧Vs24(=I24×Rs24)としてマルチプレクサ14に出力される。
【0076】
パワートランジスタM13のソースとパッドP25との間には、両者を導通するためのメタル配線MT25が敷設されている。パワートランジスタM13のソースとパッドP26との間には、両者を導通するためのメタル配線MT26が敷設されている。メタル配線MT25及びMT26には、それぞれ、分流電流I25及びI26が流れる。メタル配線MT26に流れる分流電流I26とメタル配線MT26が持つ配線抵抗成分(=センス抵抗Rs26)に応じてメタル配線MT26に生じる電圧降下は、センス電圧Vs26(=I26×Rs26)としてマルチプレクサ14に出力される。
【0077】
マルチプレクサ14は、センス電圧Vs12、Vs14、Vs16、Vs22、Vs24及びVs26のうちいずれをセンス電圧Vsとして電流検出回路12に出力するかを切り替える。
【0078】
電流検出回路12は、マルチプレクサ14から出力されるセンス電圧Vsを検出する。
【0079】
ロジック13は、電流検出回路12の検出結果に応じて複数のパッドP11~P16及びP21~P26それぞれのワイヤーボンディング状態を判定する。
【0080】
このように、先に説明したワイヤーボンディング状態の判別手法は、複数本ずつ入力電極IN1~IN3及び出力電極OUT1~OUT3を備える半導体装置1にも適用することが可能である。
【0081】
図5は、第2実施形態における半導体チップ10の回路レイアウト(メタル配線の描写なし)を示す図である。なお、図中のハッチング矢印は、パッドP12からパワートランジスタM11に向かう分流電流I12、及び、パワートランジスタM11からパッドP22に向かう分流電流I22を示す。
【0082】
パワートランジスタM11~M13は、半導体チップ10の平面視において、それぞれ同一の素子サイズを持つ矩形状に形成されている。本図に即して述べると、パワートランジスタM11~M13は、それぞれ、紙面の上下方向に延びる右辺及び左辺を長辺とし、紙面の左右方向に延びる上辺及び下辺を短辺とする長矩形状に形成されている。また、パワートランジスタM11~M13は、それぞれ、紙面の左から右に向けて、M11→M12→M13の順に配列されている。
【0083】
パッドP11は、パワートランジスタM11の素子形成領域上(本図では右下隅)に配置されている。パッドP12は、パワートランジスタM11の素子形成領域外(本図では下辺左端近傍)に配置されている。パッドP13は、パワートランジスタM12の素子形成領域上(本図では右下隅)に配置されている。パッドP14は、パワートランジスタM12の素子形成領域外(本図では下辺左端近傍)に配置されている。パッドP15は、パワートランジスタM13の素子形成領域上(本図では左下隅)に配置されている。パッドP16は、パワートランジスタM13の素子形成領域外(本図では下辺右端近傍)に配置されている。
【0084】
一方、パッドP21は、パワートランジスタM11の素子形成領域上(本図では上辺中央近傍)に配置されている。パッドP22は、パワートランジスタM11の素子形成領域上(本図では左辺上端近傍であってパッドP21よりも下辺寄り)に配置されている。パッドP23は、パワートランジスタM12の素子形成領域上(本図では上辺中央近傍)に配置されている。パッドP24は、パワートランジスタM12の素子形成領域上(本図では左辺上端近傍であってパッドP23よりも下辺寄り)に配置されている。パッドP25は、パワートランジスタM13の素子形成領域上(本図では上辺中央近傍)に配置されている。パッドP26は、パワートランジスタM13の素子形成領域上(本図では左辺上端近傍であってパッドP25よりも下辺寄り)に配置されている。
【0085】
また、本図の破線枠で示したように、センス抵抗Rs12及びRs22としてそれぞれ機能するメタル配線は、パワートランジスタM11の素子形成領域上(本図では左下隅及び中央やや左辺寄り)に敷設されている。従って、半導体チップ10の面積効率を高めることができる。また、パワートランジスタM1のレイアウトを敢えて崩す必要もない。
【0086】
なお、本図では明示していないが、センス抵抗Rs14、Rs16、Rs24及びRs26としてそれぞれ機能するメタル配線についても、上記と同様、パワートランジスタM12及びM13それぞれの素子形成領域上に敷設すればよい。
【0087】
図6は、第2実施形態における半導体チップ10の回路レイアウト(メタル配線の描写あり)を示す図である。本図では、図5のパワートランジスタM11~M13(本図では細い破線で描写)にメタル配線MTa及びMTbを重ね合わせるように描写されている。
【0088】
本図で示すように、パワートランジスタM1(=パワートランジスタM11~M13それぞれ)の素子形成領域上には、複数のメタル配線MTa及びMTbが形成されている。
【0089】
メタル配線MTaは、半導体チップ10の平面視において、パワートランジスタM11~M13それぞれの下辺外側からパッドP11~P16それぞれを被覆しつつパワートランジスタM11~M13それぞれの素子形成領域上に向けて延びる複数の櫛歯状突起部を持つように形成されている。さらに、メタル配線MTaは、パワートランジスタM11の左辺外側から左上隅を経てパワートランジスタM12及びM13それぞれの上辺外側に回り込み、パワートランジスタM12及びM13それぞれの素子形成領域上に向かうように延出されている。このように、メタル配線MTaは、パッドP11~P16それぞれとパワートランジスタM11~M13それぞれのドレインとの間を導通するように形成してもよい。なお、メタル配線MTaの一部は、センス抵抗Rs12として機能する先出のメタル配線MT12に相当するものとして理解され得る。
【0090】
メタル配線MTbは、半導体チップ10の平面視において、パワートランジスタM11~M13それぞれの上辺近傍からパッドP21~P26それぞれを被覆しつつパワートランジスタM11~M13それぞれの素子形成領域上を紙面下側に向けて延びる複数の櫛歯状突起部を持つように形成されている。このように、メタル配線MTbは、パッドP21~P26それぞれとパワートランジスタM11~M13それぞれのソースとの間を導通するように形成してもよい。なお、メタル配線MTbの一部は、センス抵抗Rs22として機能する先出のメタル配線MT22に相当するものとして理解され得る。また、メタル配線MTaの櫛歯状突起部とメタル配線MTbの櫛歯状突起部は、互いに噛み合うようにレイアウトされている。従って、ドレイン及びソースの一部に電流が集中しにくくなる。
【0091】
なお、本図で示すように、センス抵抗Rs12及びRs22としてそれぞれ機能するメタル配線MTa及びMTbは、パワートランジスタM11の素子形成領域上(本図では左下隅及び中央やや左辺寄り)に敷設されている。従って、センス抵抗Rs12及びRs22をパワートランジスタM1の素子形成領域外に設ける構成と比べて、半導体チップ10の面積効率を高めることが可能となる。
【0092】
<総括>
以下では、上記で説明した種々の実施形態について総括的に述べる。
【0093】
例えば、本明細書中に開示されている半導体チップは、パワートランジスタと、複数のパッドと、前記複数のパッドそれぞれと前記パワートランジスタの第1端又は第2端との間をそれぞれ導通するように構成された複数の配線と、前記複数の配線それぞれに流れる分流電流と前記複数の配線それぞれが持つ配線抵抗成分に応じて前記複数の配線それぞれに生じる電圧降下のうち少なくとも一つをセンス電圧として検出するように構成された電流検出回路と、前記電流検出回路の検出結果に応じて前記複数のパッドそれぞれのワイヤーボンディング状態を判定するように構成されたロジックとを備える構成(第1の構成)とされている。
【0094】
上記第1の構成による半導体チップにおいて、前記ロジックは、前記センス電圧が期待値と一致していないときに前記ワイヤーボンディング状態を不良と判定する構成(第2の構成)にしてもよい。
【0095】
また、上記第1又は第2の構成による半導体チップにおいて、前記複数の配線のうち、前記センス電圧が引き出される配線は、前記パワートランジスタの素子形成領域上に敷設されている構成(第3の構成)にしてもよい。
【0096】
また、上記第1~第3いずれかの構成による半導体チップにおいて、前記複数のパッドは、複数の入力パッドと、複数の出力パッドと、を含み、前記複数の配線は、前記複数の入力パッドそれぞれと前記パワートランジスタの前記第1端との間をそれぞれ導通するように構成された複数の入力配線と、前記複数の出力パッドそれぞれと前記パワートランジスタの前記第2端との間をそれぞれ導通するように構成された複数の出力配線とを含み、前記複数の入力配線のうち少なくとも一つに生じる第1センス電圧と前記複数の出力配線のうち少なくとも一つに生じる第2センス電圧のうちいずれを前記センス電圧として前記電流検出回路に出力するかを切り替えるように構成されたマルチプレクサをさらに備える構成(第4の構成)にしてもよい。
【0097】
また、上記第4の構成による半導体チップにおいて、前記マルチプレクサは、テストモードにおいて、前記第1センス電圧及び前記第2センス電圧を順次出力する構成(第5の構成)にしてもよい。
【0098】
また、上記第4又は第5の構成による半導体チップにおいて、前記マルチプレクサは、非テストモードにおいて、前記第1センス電圧又は前記第2センス電圧の一方を常時出力する構成(第6の構成)にしてもよい。
【0099】
また、上記第1~第6いずれかの構成による半導体チップにおいて、前記パワートランジスタは、それぞれの制御端が共通に接続された複数の単位トランジスタに分割されている構成(第7の構成)にしてもよい。
【0100】
また、上記第7の構成による半導体チップにおいて、前記複数の単位トランジスタは、それぞれの電流能力が互いに等しい構成(第8の構成)にしてもよい。
【0101】
また、上記第1~第8いずれかの構成による半導体チップは、前記パワートランジスタから出力される出力電圧又はこれに応じた帰還電圧が基準電圧と一致するように前記パワートランジスタの駆動制御を行うように構成されたドライバをさらに備える構成(第9の構成)にしてもよい。
【0102】
また、例えば、本明細書中に開示されている半導体装置は、上記第1~第9いずれかの構成による半導体チップと、複数の外部電極と、前記複数の外部電極と前記複数のパッドとの間をボンディングするように構成されたワイヤーと、を備える構成(第10の構成)とされている。
【0103】
<その他の変形例>
なお、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。
【0104】
また、本明細書中に開示されている種々の技術的特徴は、先出のリニア電源IC(LDO[low drop out]レギュレータなど)に限らず、DC/DCコンバータなどを含めて、電源全般(特に車載バッテリーのプライマリ電源など)に適用することができる。さらに言えば、本明細書中に開示されている種々の技術的特徴は、パワートランジスタを用いる全ての回路(スイッチ回路又はインバータ回路など)に適用され得る。
【0105】
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る。また、本開示の技術的範囲は、特許請求の範囲により規定されるものであって、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。
【符号の説明】
【0106】
1 半導体装置
10 半導体チップ
11 ドライバ
12 電流検出回路
13 ドライバ
14 マルチプレクサ
141~144 スイッチ
145 インバータ
IN、IN1~IN3 入力電極(外部電極)
M1、M1a、M1b パワートランジスタ(NMOSFET)
M11~M13 パワートランジスタ(NMOSFET)
MTa、MTb、MT11~MT16、MT21~MT26 メタル配線
n1、n2 ノード
OUT、OUT1~OUT3 出力電極(外部電極)
P11~P16、P21~P26 パッド
Rs12、Rs14、Rs16、Rs22、Rs24、Rs26 センス抵抗
W11~W16、W21~W26 ワイヤー
図1
図2
図3
図4
図5
図6