(57)【要約】【課題】モータ出力端子に負電圧が印加されたときの誤動作を防止することができ、かつチップサイズの減少化を図ることを可能にするモータ駆動用半導体装置を提供する。【解決手段】上アーム側パワー素子３〜５を介して、下アーム側パワー素子６〜８と小信号部２とを半導体チップ１に配置し、該半導体チップ１の周辺には入力端子用のボンディングパッド１２〜２３を配置する。さらに、下アーム側パワー素子６〜８に隣接しているボンディングパッド１２〜１５および上アーム側パワー素子３〜５に隣接しているボンディングパッド１６，２３に対応するＥＳＤ保護素子２７〜２９，３６〜３８を小信号部２内に配置し、ボンディングパッド１２〜１５，１６，２３とＥＳＤ保護素子２７〜２９，３６〜３８とを十分広い幅のアルミニウム配線にて接続する。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
直列に接続された上アーム側パワー素子と下アーム側パワー素子とを有する複数の出力回路と、前記各パワー素子を制御する小信号部と、出力端子用と入力端子用と制御端子用の各ボンディングパッドとが１つの半導体チップ上に配設され、前記各出力回路における上アーム側パワー素子と下アーム側パワー素子との接続点からモータに電流を供給する構成の半導体装置において、
前記半導体チップにおける各能動素子間がＰＮ接合で分離され、前記上アーム側パワー素子の素子領域が電源に接続され、前記上アーム側パワー素子を挟んで前記小信号部と前記下アーム側パワー素子とを配し、少なくとも前記下アーム側パワー素子に隣接する前記ボンディングパッドに対応して接続される静電放電保護素子の１つを前記小信号部に配したことを特徴とするモータ駆動用半導体装置。
【請求項２】
前記小信号部に配された静電放電保護素子と、対応するボンディングパッドとを結線する配線を幅１０μｍ以上のアルミニウム配線により結線したことを特徴とする請求項１記載のモータ駆動用半導体装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、モータ駆動用の半導体装置に係り、特にコイル負荷を駆動する半導体集積装置における誤動作を防止する素子配置、あるいは静電放電（ＥＳＤ：electrostatic discharge）保護素子の素子配置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
モータ駆動用の半導体装置において、多相モータを駆動するとき、モータ通電切替時などにコイル負荷に流れる電流が急速に遮断される際、モータ出力端子に接地電位以下の負電圧の異常電圧（リンギング）が発生することが知られている。
【０００３】
半導体装置における各能動素子間がＰＮ接合で分離されて構成されている場合、前記のような異常電圧が印加されると、後述する図６に示すように、半導体チップ内で寄生トランジスタ５０が発生して、誤動作が生じることが知られている。具体的には下アーム側パワー素子のコレクタをエミッタとする寄生ＮＰＮトランジスタが動作し、誤動作を引き起こす。
【０００４】
また、寄生トランジスタのエミッタとコレクタの距離が大きいほど、影響が小さくなることも分っている。
【０００５】
そこで、特許文献１に記載されているように、モータ駆動用の半導体装置において、寄生トランジスタのエミッタを構成するパワー素子とコレクタを構成する小信号部を配置する際に、コレクタを電源に接続したパワー素子を介して配置することによりチップサイズを大きくすることなく、モータ出力端子に負電圧が印加されたときの回路誤動作を防止する技術が提案されている。
【０００６】
図３〜図６を参照して従来のモータ駆動用の半導体装置を説明する。図３はモータ駆動用の半導体チップの平面図、図４はモータコイルとパワー素子結線を示す回路図、図５は制御端子とＥＳＤ保護素子の結線を示す回路図、図６は図３におけるＢ−Ｂ部断面図である。
【０００７】
従来のモータ駆動用のＩＣチップにおけるＥＳＤ保護素子のレイアウトについて図３を参照して説明する。
【０００８】
図３において、下アーム側パワー素子６〜８と小信号部２は、上アーム側パワー素子３〜５を挟んで反対側に半導体チップ１上に配置されている。チップ１の周辺部には入力端子用ボンディングパッド１２〜２３が配置され、上アーム側パワー素子３〜５と下アーム側パワー素子６〜８間には出力端子用ボンディングパッド２４〜２６が配置され、さらに、ＥＳＤ耐圧容量（耐量）向上のために、入力端子用および制御端子用の各ボンディングパッド１２〜２３に隣接して、それぞれＥＳＤ保護素子２７〜３８が配置されている。
【０００９】
ＥＳＤ保護素子２７〜３８が配置されているため、特に各パワー素子３〜８に隣接しているボンディングパッド１２〜１６，２３のＥＳＤ保護素子２７〜２９，３６〜３８は、各パワー素子３〜８との距離が近くなっており、このため、パワー素子とボンディングパッド間にダミーアイランド４１，４２を設けて、後述するように寄生トランジスタが動作することによる誤動作の発生を防いでいる。
【００１０】
図４に示すように、通常、３相モータにてモータコイル９〜１１は、上アーム側パワー素子３〜５のエミッタと、下アーム側パワー素子６〜８のコレクタとの接続点に結線され、上アーム側パワー素子３〜５のコレクタは電源（Ｖｃｃ）に接続され、下アーム側パワー素子６〜８のエミッタは接地されている。
【００１１】
また、図５に示すように、前記ボンディングパッド１２〜２３に接続されるＥＳＤ保護素子２７〜３８は、カソード側がボンディングパッド１２〜２３に接続され、アノード側が接地されている。各ＥＳＤ保護素子２７〜３８の動作は、対応するボンディングパッド１２〜２３にマイナス電位が印加されると、ＥＳＤ保護素子２７〜３８を介してグランドより電流がボンディングパッド１２〜２３に流入し、−０.７Ｖ以下でクランプすることによりＥＳＤ耐量を向上させている。
【００１２】
図６に示すように、下アームパワー素子８とＥＳＤ保護素子３８はダミーアイランド４２を介して配置されている。ダミーアイランド４２は、Ｎ型エピタキシャル層４４をチップ表面からＰ型半導体基板４３に達するＰ＋型分離領域４５で分離されたＮ型エピタキシャル層４４の中に、表面からＮ＋型埋め込み層４７に達するＮ＋型領域４６を形成し、ダミーアイランド４２に電源電位Ｖｃｃを印加する。
【００１３】
前記構成によって、モータ出力端子に負電圧が印加されたときに発生する寄生トランジスタ（ＮＰＮトランジスタ）５０は、下アーム側パワー素子８のコレクタをエミッタ、Ｐ型半導体基板４３をベースとして動作するが、ダミーアイランド４２を経由してコレクタに電源電位Ｖｃｃを供給することにより寄生の効果が低減される。
【００１４】
なお、図６中の４８はＰ型ベース領域、４９はＮ＋型エミッタ領域である。
【特許文献１】特許第３０４８７９０号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１５】
しかしながら、図３に示す従来の構成では、アーム側パワー素子に隣接しているボンディングパッドに対するＥＳＤ保護素子は、ＥＳＤ耐量向上の観点から保護すべきボンディングパッド近傍に配置されるために、必然的にアーム側パワー素子とＥＳＤ保護素子との距離が近くなり、寄生トランジスタによる誤動作を防止するためにダミーアイランドも大きくなってしまい、このためチップサイズを大幅に増大させることになるという課題があった。
【００１６】
また、ボンディングパッドの位置をできるだけアーム側パワー素子より離して配置することも考えられるが、近年のＬＳＩの多ピン化が進む中において、ワイヤリングの制約上、アーム側パワー素子との距離を確保することが困難になっている。
【００１７】
本発明の目的は、前記従来技術の課題を解決し、チップサイズを増大させず、ＥＳＤ耐量が十分で、なおかつモータ端子に負電圧が印加されたときに発生する寄生トランジスタによる誤動作を防止することを可能にしたモータ駆動用装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１８】
前記目的を解決するため、本発明のモータ駆動用半導体装置は、直列に接続された上アーム側パワー素子と下アーム側パワー素子とを有する複数の出力回路と、前記各パワー素子を制御する小信号部と、出力端子用と入力端子用と制御端子用の各ボンディングパッドとが１つの半導体チップ上に配設され、前記各出力回路における上アーム側パワー素子と下アーム側パワー素子との接続点からモータに電流を供給する構成の半導体装置において、前記半導体チップにおける各能動素子間がＰＮ接合で分離され、前記上アーム側パワー素子の素子領域が電源に接続され、前記上アーム側パワー素子を挟んで前記小信号部と前記下アーム側パワー素子とを配し、少なくとも前記下アーム側パワー素子に隣接する前記ボンディングパッドに対応して接続される静電放電保護素子の１つを前記小信号部に配したことを特徴とし、従来の課題を解決したものである。
【発明の効果】
【００１９】
本発明によれば、従来のように大きなダミーアイランドを設ける必要がなくなるため、その分、半導体チップ全体のサイズを小さくすることが可能になり、しかも、下アーム側パワー素子に隣接しているボンディングパッドのＥＳＤ保護素子を、下アーム側パワー素子に対して距離を確保して設けることができるため、寄生トランジスタの影響を低減させることができ、なおかつ、ＥＳＤ耐量レベルは維持することができる等、実際的な効果大である。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２０】
以下、本発明の実施形態について、図面を参照しながら説明する。なお、以下の実施形態では、モータ駆動用の半導体装置として、３相ブラシレスモータを駆動する実施形態について説明する。
【００２１】
図１は本発明の実施形態に係るモータ駆動用の半導体チップの平面図である。以下の説明において、図３〜図６にて説明した部材に対応する部材には同一符号を付して詳しい説明は省略する。
【００２２】
図１を参照して本実施形態におけるレイアウト構成について説明する。図１において、３〜５はバイポーラトランジスタによる上アーム側パワー素子の素子領域（コレクタ領域に相当する領域）を示しており、６〜８はバイポーラトランジスタによる下アーム側パワー素子の素子領域（コレクタ領域に相当する領域）を示しており、下アーム側パワー素子６〜８と小信号部２は、上アーム側パワー素子３〜５を挟んだ反対側の半導体チップ１上に配置されている。半導体チップ１の周辺部には、入力端子用ボンディングパッド１２〜２３が配置され、上アーム側パワー素子３〜５と下アーム側パワー素子６〜８間には出力端子用ボンディングパッド２４〜２６が配置されている。
【００２３】
さらに、ＥＳＤ耐圧容量（耐量）向上のために、入力端子用の各ボンディングパッド１２〜２３に対応して、それぞれＥＳＤ保護素子２７〜３８が配置されているが、上アーム側パワー素子３〜５と下アーム側パワー素子６〜８とに隣接しているボンディングパッド１２〜１６，２３に対応するＥＳＤ保護素子２７〜２９，３６〜３８は小信号部２内に配置され、ボンディングパッド１２〜１６，２３とＥＳＤ保護素子２７〜２９，３６〜３８とを接続する配線は十分広い幅（１０μｍ以上）のアルミニウム配線で結線されている。そして、それ以外のボンディングパッド１７〜２２に対応するＥＳＤ保護素子３０〜３５は、それぞれボンディングパッド１７〜２２に隣接して配置されている。
【００２４】
図２は図１におけるＡ−Ａ部断面図であって、図２において、下アームパワー素子８と小信号部２上に配置されたＥＳＤ保護素子３７は上アーム側パワー素子５を挟んだ反対側に配置されている。
【００２５】
上アーム側パワー素子５の素子領域は、Ｐ型半導体基板４３上に形成されたＮ型エピタキシャル層４４の所定領域を、Ｎ型エピタキシャル層４４の表面からＰ型半導体基板４３に達するＰ＋型分離領域４５で包囲して形成され、周囲に在る素子と電気的に絶縁分離されている。その素子領域の深部にはＮ＋型埋め込み層４７が形成されており、そのＮ＋型埋め込み層４７に達するＮ＋型領域４６が素子領域の内周に環状に形成されている。更にその内側の表面層にＰ型ベース領域４８と、Ｎ＋型エミッタ領域４９とが形成されている。下アーム側パワー素子８も上アーム側パワー素子５と同様の構成となっている。更に、上アーム側パワー素子５の素子領域は、電源電位Ｖｃｃを印加するようになっている。
【００２６】
この構成によって、モータ出力端子に負電圧が印加されたときに発生する寄生トランジスタ５０は、下アーム側パワー素子８の素子領域をエミッタとし、Ｐ型半導体基板４３をベースとして動作するが、素子領域（コレクタ領域）を電源電位Ｖｃｃに接続した上アーム側パワー素子３〜５のコレクタを経由して寄生トランジスタのコレクタ電流を供給することにより、寄生の効果を低減させている。更に、面積が大きくなる上アーム側パワー素子３〜５を挟んで反対側に、下アーム側パワー素子６〜８とＥＳＤ保護素子２７〜２９，３６〜３８とを配置することにより、これらの離間距離を大きくして、寄生の効果を更に低減している。
【００２７】
また、下アーム側パワー素子６〜８に隣接しているボンディングパッド１２〜１５、および上アーム側パワー素子３〜５に隣接しているボンディングパッド１６，２３と、小信号部２上に配されているＥＳＤ保護素子２７〜２９，３６〜３８とは、十分広い幅のアルミニウム配線（１０μｍ以上）で結線されているため、ＥＳＤ耐量の低下、過渡的な負電圧印加時などによってボンディングパッドからＥＳＤ保護素子までのアルミニウム配線が焼損することが防止される。
【００２８】
このように本実施形態では、図３に示すような従来のダミーアイランド４１，４２を設ける必要がなくなるため、その分、各アーム側パワー素子３〜８とボンディングパッド１２〜１６，２３とを近接させることが可能になり、半導体チップ全体のサイズを小さくすることが可能になる。また、各アーム側パワー素子３〜８に隣接しているボンディングパッド１２〜１６，２３のＥＳＤ保護素子２７〜２９，３６〜３８を、小信号部２内、あるいは、その近傍の位置、すなわち、下アーム側パワー素子６〜８に対して離間距離を設けて配置することにより、寄生トランジスタの影響を低減させることができる。さらに、ＥＳＤ保護素子２７〜２９，３６〜３８は従来と同様に設置されているため、ＥＳＤ耐量レベルは維持することができる。
【００２９】
また、ＥＳＤ保護素子２７〜２９，３６〜３８は、通常、平面形状が長方形となるものが採用されるが、寄生トランジスタのエミッタとなる下アーム側パワー素子６〜８の素子領域（コレクタ領域）に対向する辺の長さにほぼ比例して、寄生トランジスタの電流増幅率ｈＦＥが大きくなる。従って、ＥＳＤ保護素子２７〜２９，３６〜３８は、その素子領域の短辺が下アーム側パワー素子６〜８に対向するように配置されると、対向長が短くなる関係で寄生電流が小さくなる。
【００３０】
なお、本実施形態では、パワーデバイスとしてバイポーラトランジスタの事例で説明したが、バイポーラトランジスタのコレクタ領域をＭＯＳトランジスタのドレイン領域と置き換えて考えることが可能であり、ＭＯＳトランジスタでも同様な効果が得られる。
【産業上の利用可能性】
【００３１】
本発明は、多相モータの駆動用半導体装置に適用され、特にチップサイズを増大させず、ＥＳＤ耐量が十分で、なおかつモータ端子に負電圧が印加されたときに発生する寄生トランジスタによる誤動作を防止することが要求されるモータ駆動用半導体装置に用いて有効である。
【図面の簡単な説明】
【００３２】
【図１】本発明の実施形態に係るモータ駆動用の半導体装置の平面図
【図２】本実施形態を示す図１におけるＡ−Ａ部断面図
【図３】従来のモータ駆動用の半導体チップの平面図
【図４】モータコイルとパワー素子の結線を示す回路図
【図５】モータ駆動回路における入力端子とＥＳＤ保護素子の結線を示す回路図
【図６】従来例を示す図３におけるＢ−Ｂ部断面図
【符号の説明】
【００３３】
１  半導体チップ
２  小信号部
３〜５  上アームパワー素子
６〜８  下アームパワー素子
９〜１１  モータコイル
１２〜２３  入力端子用ボンディングパッド
２４〜２６  出力端子用ボンディングパッド
２７〜４０  ＥＳＤ保護素子
４１〜４２  ダミーアイランド
４３  Ｐ型半導体基板
４４  Ｎ型エピタキシャル層
４５  Ｐ＋型分離領域
４６  Ｎ＋型領域
４７  Ｎ＋型埋め込み層
４８  Ｐ型ベース領域
４９  Ｎ＋型エミッタ領域
５０  負電圧印加時の寄生ＮＰＮトランジスタ
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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