(57)【要約】【課題】複数のＨブリッジ回路を配置しつつ、小チップ化し、特性的にも優れた半導体装置及びモータドライバを提供する。【解決手段】半導体装置１０は、同一の半導体基板上に形成された複数のＨブリッジ回路HBR1、HBR2を備え、Ｈブリッジ回路HBR1、HBR2は半導体基板の対向する辺に沿ってそれぞれ配置されており、Ｈブリッジ回路HBR1、HBR2を非同期で動作させた場合でも、寄生トランジスタなどを介して互いに干渉して誤動作を引き起こしたり、大電流に起因する熱雑音又はＰＷＭ動作に起因する雑音により干渉したりすることを最小限に抑えることができる。【選択図】図２
2017112294.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
半導体基板上に複数のＨブリッジ回路が形成された半導体装置であって、
前記Ｈブリッジ回路が前記基板の対向する辺に沿ってそれぞれ配置された半導体装置。
【請求項２】
前記対向する辺が前記基板の短辺である
請求項１記載の半導体装置。
【請求項３】
前記基板上に更に前記Ｈブリッジ回路を駆動するプリドライバ回路が形成され、
前記プリドライバ回路が前記Ｈブリッジ回路を構成するハーフブリッジの間に配置された
請求項１記載の半導体装置。
【請求項４】
前記基板上に更に前記複数のＨブリッジ回路が共用する共通回路が形成され、
前記共通回路が、前記複数のＨブリッジ回路の間に配置された
請求項１記載の半導体装置。
【請求項５】
前記共通回路は基準電圧生成回路を含み、
前記基準電圧生成回路は、前記複数のＨブリッジ回路のそれぞれから最も距離が大きい位置に配置された
請求項４記載の半導体装置。
【請求項６】
前記Ｈブリッジ回路を構成するハイサイドドライバが前記対向する辺に沿って配置された
請求項１記載の半導体装置。
【請求項７】
前記基板上に更に前記複数のＨブリッジ回路に供給する電源電圧を監視する複数の監視回路が形成され、
前記監視回路は、前記基準電圧生成回路から供給された基準電圧を前記Ｈブリッジ回路毎に設定されたＧＮＤ基準の基準電圧に変換する基準電圧変換回路を含む
請求項１記載の半導体装置。
【請求項８】
前記Ｈブリッジ回路はハイサイドドライバ及びローサイドドライバを有し、
前記ハイサイドドライバ又は前記ローサイドドライバに接続される端子をそれぞれ構成する複数のパッドを備えた
請求項１記載の半導体装置。
【請求項９】
半導体基板上に形成された、
複数のＨブリッジ回路と、
前記Ｈブリッジ回路を駆動するプリドライバ回路と、
前記複数のＨブリッジ回路及び前記プリドライバ回路を制御する制御回路と
基準電圧を供給する基準電圧生成回路と
を備え、
前記Ｈブリッジ回路が前記基板の対向する辺に沿ってそれぞれ配置された
モータドライバ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は半導体装置及びモータドライバに関する。
【背景技術】
【０００２】
自動車のパワーウインドやドアロックを動作させる、正転及び逆転が可能なモータを制御するために、従来のメカニカルスイッチ（リレースイッチ）に代えて、半導体装置を用いた正逆転制御回路が用いられるようになってきている。
例えば、特許文献１には、半導体装置によって正逆転制御を実現するためのＨブリッジ回路が開示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２０１４−０９３３７３号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
背景技術に係る半導体装置では、Ｈブリッジ回路を１つ形成したチップを２つ用いる２チップソリューションでモータを制御していた。
しかしながら、ユーザからは、Ｈブリッジ回路を２つ形成したチップを１つだけ用いる１チップソリューションが求められていた。
【０００５】
そこで、複数のＨブリッジ回路を配置しつつ、小チップ化し、特性的にも優れた半導体装置及びモータドライバが望まれていた。
その他の課題と新規な特徴は、本明細書の記述および添付図面から明らかになるであろう。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
一実施の形態によれば、半導体装置は、半導体基板上に複数のＨブリッジ回路が形成され、当該Ｈブリッジ回路が当該基板の対向する辺に沿ってそれぞれ配置される。
なお、上記実施の形態の装置をシステム（例えば、モータドライバ）に置き換えて表現したもの、該装置を備えた自動車なども、本発明の態様としては有効である。
【発明の効果】
【０００７】
上記一実施の形態によれば、複数のＨブリッジ回路を配置しつつ、小チップ化し、特性的にも優れた半導体装置及びモータドライバを提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【０００８】
【図１】実施の形態１に係る半導体装置１の回路要素の概略配置図である。
【図２】実施の形態２に係る半導体装置１０の回路要素の概略配置図である。
【図３】実施の形態２に係る別の半導体装置２０の回路要素の概略配置図である。
【図４】実施の形態３に係る半導体装置のＶＤＤモニタ５１、５２を説明するための図である。
【図５】実施の形態４に係る半導体装置３０のパッド７１の配置を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【０００９】
説明の明確化のため、以下の記載及び図面は、適宜、省略及び簡略化がなされている。また、各図面において、同一の要素には同一の符号が付されており、必要に応じて重複説明は省略されている。
【００１０】
（実施の形態１）
本実施の形態１に係る半導体装置は、半導体基板上に２つ以上の独立したＨブリッジ回路を形成又は配置する場合に、基準電圧生成回路、ロジック回路などを共通回路として一つずつ配置し、２つのＨブリッジ回路が共通回路を共用するようにして、半導体装置の小型化を図るものである。
【００１１】
図１は本実施の形態１に係る半導体装置１の回路要素の概略配置図である。
半導体装置１は、半導体基板上に配置した、第１のＨブリッジ回路ＨＢＲ１、第２のＨブリッジ回路ＨＢＲ２、Ｈブリッジ回路HBR1、HBR2をそれぞれ駆動するプリドライバ回路Ｐｒｅ１、Ｐｒｅ２、ロジック回路Ｌｏｇｉｃ、基準電圧生成回路ＢＧＲ（Band Gap Reference）、動作電流生成回路Ｉｂｉａｓ、その他の回路Ｏｔｈｅｒ１、２などを備えている。
【００１２】
Ｈブリッジ回路HBR1、HBR2は、ＰチャネルパワーＭＯＳトランジスタであるハイサイドドライバＨＳ１、ハイサイドドライバＨＳ２、ＮチャネルパワーＭＯＳトランジスタであるローサイドドライバＬＳ１、ローサイドドライバＬＳ２をそれぞれ備えた同じ構成の回路である。Ｈブリッジ回路HBR1、HBR2の具体的な構成は、例えば、特許文献１記載のものと同様であって良い。また、ハイサイドドライバHSをＮチャネルパワーＭＯＳトランジスタとチャージポンプとで構成することもできる。Ｈブリッジ回路HBR1、HBR2は、個別のＰＷＭ（Pulse Width Modulation）信号に応じて、非同期で動作する。
【００１３】
本実施の形態１に係る半導体装置１では、図１に示すように、半導体基板の一方の長辺に沿って（または、一方の長辺側の外周部分に）、Ｈブリッジ回路HBR1、HBR2を半導体基板の略半分の領域を占めるように配置し、半導体基板の他方の長辺側の中央部分に共通回路であるロジック回路Logic、基準電圧生成回路BGR、動作電流生成回路Ibiasなどを配置し、他方の長辺側のそれぞれの端部分にＨブリッジ回路HBR1又はＨブリッジ回路HBR2のためのプリドライバ回路Pre1、Pre2及びその他の回路Other1、Other2をそれぞれ配置している。
【００１４】
このような構成により、今まではＨブリッジ回路毎に設けていたロジック回路Logic、基準電圧生成回路BGR、動作電流生成回路IbiasなどをＨブリッジ回路HBR1、HBR2の共通回路として１つずつ設けて、半導体装置１を小型化することができる。また、ロジック回路Logic、すなわち、制御回路を１つにすることで、Ｈブリッジ回路HBR及びプリドライバ回路Preを制御するときの自由度を上げることができる。
【００１５】
なお、本実施の形態１に係る半導体装置１では、高精度が要求される基準電圧生成回路BGRは、Ｈブリッジ回路HBR1、HBR2から最も離れた他方の長辺に沿って配置している。これにより、各ドライバHS、LSのスイッチング動作により発生するノイズの影響を最小限に抑えることができ、基準電圧ＶＢＧＲを検出基準とする検出回路による誤検出も低減することができる。
【００１６】
（実施の形態２）
実施の形態１に係る半導体装置１では半導体基板の一方の長辺に沿ってＨブリッジ回路HBR1、HBR2を配置したが、本実施の形態２に係る半導体装置では半導体基板の対向する辺に沿ってＨブリッジ回路HBRをそれぞれ配置し、基準電圧生成回路BGRなどの共通回路をＨブリッジ回路の間の半導体基板の略中央部分に配置し、半導体装置の更なる小型化及び特性の向上を図るものである。
【００１７】
図２は本実施の形態２に係る半導体装置１０の回路要素の概略配置図である。
半導体装置１０も、第１のＨブリッジ回路HBR11、第２のＨブリッジ回路HBR12、ロジック回路Logic、プリドライバ回路Pre11、Pre12、基準電圧生成回路BGR、その他の回路Other11、Other12などを備えている。
【００１８】
本実施の形態２に係る半導体装置１０では、図２に示すように、半導体基板の一方の短辺に沿ってＨブリッジ回路HBR11を配置し、半導体基板の他方の短辺に沿ってＨブリッジ回路HBR12を配置し、Ｈブリッジ回路HBR11、HBR12の間、すなわち、半導体基板の略中央部分の、Ｈブリッジ回路HBR11、HBR12から最も遠い位置に共通回路であるロジック回路Logic、基準電圧生成回路BGRを配置している。Ｈブリッジ回路HBR11、HBR12は半導体基板の中心に対して、例えば、点対称又は線対称の状態で配置することもでき、その場合には各ドライバHS、LSに均等に大電流（１０Ａ以上）を流すことができるようになる。
【００１９】
また、Ｈブリッジ回路HBR11のためのその他の回路Other11と、Ｈブリッジ回路HBR12のためのその他の回路Other12とを、Ｈブリッジ回路HBR11、HBR12と共通回路との間にそれぞれ配置している。なお、その他の回路Other11、Other12の中には共通回路として機能する回路、素子などが含まれても良い。
【００２０】
更に、半導体装置１０では、プリドライバ回路Pre11、Pre12をＨブリッジ回路HBR11、HBR12を構成するハーフブリッジの間にそれぞれ配置している。
【００２１】
このような構成により、Ｈブリッジ回路HBR11、HBR12相互の負電位寄生、ノイズの影響を最小限にすることができ、また、共通回路、特に、基準電圧生成回路BGRへのこれらの影響を最小限にすることができる。
【００２２】
また、プリドライバ回路Pre11、Pre12と各ドライバHS、LSとの間の配線の引き回しも最小限にすることができ、また、Ｈブリッジ回路HBR11、HBR12と共通回路との配線も短くすることができるなど、効率よく配線して半導体装置１０を小型化することができる。
【００２３】
なお、本実施の形態２に係る半導体装置では、Ｈブリッジ回路HBRを構成するハイサイドドライバHS1、HS2を半導体装置の対向する辺に沿わせるように配置する、すなわち、ハイサイドドライバHS1、HS2を半導体装置の外周側に配置することもできる。
【００２４】
図３は本実施の形態２に係る別の半導体装置２０の回路要素の概略配置図である。
図３に示すようにハイサイドドライバHS1、HS2を半導体装置２０の短辺に沿ってそれぞれ配置している。このような構成により、ＰチャネルパワーＭＯＳトランジスタであるハイサイドドライバHS1、HS2が基板電流ＩＳｕｂによって受ける影響を最小限にすることができる。
【００２５】
大電流をドライブする２つのＨブリッジ回路HBR11、HBR12を１つの半導体基板上に配置した場合、特にこれらを非同期で動作させたときに、寄生トランジスタなどを介して互いに干渉して誤動作を引き起こすことがあり、また、大電流に起因する熱雑音又はＰＷＭ動作に起因する雑音による干渉が生じることがあるが、本実施の形態２に係る半導体装置１０、２０では、これらの可能性を削減することができる。
【００２６】
また、本実施の形態２に係る半導体装置１０、２０では、２つのＨブリッジ回路HBR1、HBR2をそれぞれ半導体基板の対向する短辺に沿わせて配置したが、２つのＨブリッジ回路HBR1、HBR2をそれぞれ半導体基板の対向する長辺に沿わせて配置するようにすることもできる。
【００２７】
また、本実施の形態２に係る半導体装置１０、２０では、２つのＨブリッジ回路HBR1、HBR2をそれぞれ半導体基板の対向する辺に沿わせて配置したが、半導体基板に３つ以上のＨブリッジ回路HBRを配置する場合であっても、各Ｈブリッジ回路HBRを対向する辺又は隣り合う辺に沿わせて配置することにより、本実施の形態２に係る効果を享受することができる。
【００２８】
以上、説明したように、本実施の形態２に係る半導体装置１０、２０は、半導体基板上に複数のＨブリッジ回路HBRが形成され、Ｈブリッジ回路HBRが半導体基板の対向する辺に沿ってそれぞれ配置されたものである。
【００２９】
また、本実施の形態２に係る半導体装置１０、２０は、当該対向する辺が半導体基板の短辺であることが好ましい。
また、本実施の形態２に係る半導体装置１０、２０は、半導体基板上に更にＨブリッジ回路HBRを駆動するプリドライバ回路Preが形成され、プリドライバ回路PreがＨブリッジ回路HBRを構成するハーフブリッジの間に配置されていることが好ましい。
【００３０】
また、本実施の形態２に係る半導体装置１０、２０は、半導体基板上に当該複数のＨブリッジ回路HBRが共用する共通回路が形成され、当該共通回路が、複数のＨブリッジ回路HBRの間に配置されていることが好ましい。
【００３１】
また、本実施の形態２に係る半導体装置１０、２０は、当該共通回路は基準電圧生成回路BGRを含み、基準電圧生成回路BGRは、複数のＨブリッジ回路HBRのそれぞれから最も距離が大きい位置に配置されていることが好ましい。
【００３２】
また、本実施の形態２に係る半導体装置２０は、Ｈブリッジ回路HBRを構成するハイサイドドライバHSが半導体基板の対向する辺に沿って配置されていることが好ましい。
【００３３】
また、本実施の形態２に係るモータドライバは、半導体基板上に形成された、複数のＨブリッジ回路HBRと、Ｈブリッジ回路HBRを駆動するプリドライバ回路Preと、複数のＨブリッジ回路HBR及びプリドライバ回路Preを制御する制御回路Logicと、基準電圧VBGRを供給する基準電圧生成回路BGRとを備え、Ｈブリッジ回路HBRが半導体基板の対向する辺に沿ってそれぞれ配置されたものである。
【００３４】
（実施の形態３）
実施の形態１、２に係る半導体装置では半導体基板に２つのＨブリッジ回路を配置した場合に共通回路を設けて半導体装置の小型化を図ったが、本実施の形態３に係る半導体装置では基準電圧生成回路BGRを共通回路とした場合でも、複数の電圧変換回路を設けて、Ｈブリッジ回路毎に適切な電源電圧を供給できるようにするものである。
【００３５】
図４は、本実施の形態３に係る半導体装置のＶＤＤモニタ５１、５２を説明するための図である。
ＶＤＤモニタ（電源電圧監視回路）５１は、例えば、半導体装置のその他の回路Other1に、また、ＶＤＤモニタ５２はその他の回路Other2に含まれるもので、電源配線上に現れる電源電圧VDDの電位レベルをモニタする回路である。
【００３６】
一般に、基準電圧生成回路BGRは半導体装置において大面積を占める回路であり、実施の形態１、２に係る半導体装置においても基準電圧生成回路BGRを共通回路として１つにしている。
【００３７】
しかしながら、車載用の一部の半導体装置のように、Ｈブリッジ回路毎に設定されたＧＮＤ基準の電源電圧VDDを用いるような場合には、Ｈブリッジ回路毎に基準電圧生成回路BGRを設ければならない。
【００３８】
しかしながら、本実施の形態３に係る半導体装置では、基準電圧生成回路BGRが共通ＧＮＤで作成した基準電圧VBGRをＶＤＤモニタ５１、５２内のレベルシフト回路（基準電圧変換回路）６１、６２でレベルシフトし、ＶＤＤモニタ５１では第1のＨブリッジ回路HBR1用のＧＮＤＡ基準の基準電圧ＶＢＧＲＡを作成し、ＶＤＤモニタ５２では第２のＨブリッジ回路HBR2用のＧＮＤＢ基準の基準電圧ＶＢＧＲＢを作成して、電源電圧VDDをモニタする。
【００３９】
このような構成にすれば、レベルシフト回路、コンパレータ、抵抗分圧、カレントミラーなどの簡単で小さな回路要素でＶＤＤモニタ５１、５２をそれぞれ構成し、また、基準電圧生成回路BGRを２つ設ける必要がない。このため、半導体装置を小チップ化し、特性的にも優れたものとすることができる。
【００４０】
以上、説明したように、本実施の形態３に係る半導体装置は、基板上に更に複数のＨブリッジ回路HBRに供給する電源電圧VDDを監視する複数の監視回路５１、５２が形成され、監視回路５１、５２は、基準電圧生成回路BGRから供給された基準電圧VBGRをＨブリッジ回路HBR毎に設定されたＧＮＤ基準の基準電圧VBGRA、VBGRBに変換する基準電圧変換回路６１、６２を含むことが好ましい。
【００４１】
（実施の形態４）
実施の形態２に係る半導体装置１０、２０では、Ｈブリッジ回路HBRを半導体基板の対向する辺に沿って配置したが、本実施の形態４に係る半導体装置は、実施の形態２のように回路要素を配置した場合に、大電流を流す端子を複数のパッドで構成して、半導体装置の小型化を図るものである。
【００４２】
図５は、本実施の形態４に係る半導体装置３０のパッド７１の配置を示す図である。図２に示した回路要素の配置と同様の配置を有する半導体装置３０について、特徴的なパッド７１のみを抜き出して示している（つまり、特徴のないパッドは記載を省略している）。また、図２に示した半導体装置１０と、図５に示す半導体装置３０は、対比のためにその向き（天地）を同じにしている。
【００４３】
これらのパッド７１はいずれも銅（Ｃｕ）再配線（図示せず）上に形成されている。電源、グラウンド（ＧＮＤ）又はモータに接続するような、大電流を流す端子については、それぞれ５つのパッド（同じハッチングで示す）を設け、これらの５つのパッドをリードフレームの同一のリードにボンディングするようにしている。
半導体装置１０の中心に対して略点対称に位置にある５つのパッドは、２つのＨブリッジ回路HBRの同種の端子として機能する。
【００４４】
このような構成、すなわち、同一の端子にパッドを５つ以上設けることにより、例えば、ＳＳＯＰ(Shrink Small Outline Package)のようなパッケージを用いた場合に、効率的にワイヤボンディングをすることができる。また、ボンディングワイヤのワイヤ径を例えば４０μｍ以下で最小化してボンディングを安定させることができる。
【００４５】
また、仮に、ボンディングワイヤが１、２本外れた場合があってもその影響を軽減することができる。
また、接続抵抗、ワイヤ抵抗を最小にして各ドライバHS、LSの面積を最小にすることができる。
【００４６】
以上、説明したように、本実施の形態４に係る半導体装置３０は、Ｈブリッジ回路HBRがハイサイドドライバHS及びローサイドドライバLSを有し、ハイサイドドライバHS又はローサイドドライバLSに接続される端子をそれぞれ構成する複数のパッド７１を備えることが好ましい。
【００４７】
以上、本発明者によってなされた発明を各実施の形態に基づき具体的に説明したが、本発明は既に述べた各実施の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において種々の変更が可能であることはいうまでもない。
【符号の説明】
【００４８】
１、１０、２０、３０    半導体装置
５１、５２    ＶＤＤモニタ（電源電圧監視回路）
６１、６２    レベルシフト回路（基準電圧変換回路）
７１    パッド
ＨＢＲ    Ｈブリッジ回路
ＨＳ    ハイサイドドライバ
ＬＳ    ローサイドドライバ
Ｐｒｅ    プリドライバ回路
ＢＧＲ    基準電圧生成回路
Ｌｏｇｉｃ    ロジック回路（制御回路）
Ｏｔｈｅｒ    その他の回路
Ｉｂｉａｓ    動作電流生成回路
【図１】
2017112294.tif 000003
【図２】
2017112294.tif 000004
【図３】
2017112294.tif 000005
【図４】
2017112294.tif 000006
【図５】
2017112294.tif 000007