專利名稱：半導(dǎo)體器件的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及使用多個(gè)場(chǎng)效應(yīng)晶體管(下面稱為FET)的半導(dǎo)體器件以及在同步整流器電路中使用該半導(dǎo)體器件的DC-DC(直流-直流)變換器。
在同步整流器電路的整流器件中使用FET的時(shí)候，由于是通過柵極和源極間的電壓實(shí)現(xiàn)控制，因此可能會(huì)發(fā)生誤動(dòng)作，尤其在非導(dǎo)通(OFF)狀態(tài)時(shí)，干擾使這些端子間產(chǎn)生一個(gè)電壓從而變?yōu)閷?dǎo)通(ON)狀態(tài)。JP-A-08-289538中公開了一種電路，其中為了防止外部噪聲引起的誤動(dòng)作，在整流器件斷開期間用另一個(gè)開關(guān)器件將該端子短路。
圖8表示一個(gè)相關(guān)技術(shù)的DC-DC變換器的同步整流器電路的一部分。同步整流器電路用FET作為整流器件Q10，并且在整流器件Q10關(guān)斷期間利用開關(guān)器件Q20通過FET將柵極G1和源極S1短路。
整流器件Q10的漏極D1和源極S1之間反極性連接了二極管3(例如肖特基二極管)。按預(yù)定的時(shí)序向整流器件Q10的柵極G1和開關(guān)器件Q20的柵極G2提供驅(qū)動(dòng)信號(hào)SG1、SG2。
假定圖8所示電路工作時(shí)不用開關(guān)器件Q20，在整流器件Q10關(guān)斷時(shí)，如果輸入電壓Vin加到整流器件Q10上，整流器件Q10漏極D1上的電壓Vds突然從0上升到輸入電壓Vin。隨著該電壓的變化(dVds/dt)，通過柵極G1和漏極D1間的反饋電容Cdg，再充電的電流流入柵源電容Cgs中，因而使柵極電壓Vg增大。通過該再充電作用使柵極電壓到達(dá)閾電壓時(shí)，應(yīng)關(guān)斷的整流器件Q10就會(huì)進(jìn)入接通狀態(tài)(自導(dǎo)通狀態(tài))。
如圖8所示，如果用開關(guān)器件Q20將柵極G1和源極S1短路，柵極電壓Vg就可保持低于閾電壓(實(shí)際為零)。這樣，好像防止了應(yīng)斷開的整流器件Q10進(jìn)入接通狀態(tài)(自導(dǎo)通狀態(tài))。
但是，實(shí)際上在為了將柵極和源極短路而將開關(guān)器件Q20的漏極D2和源極S2連接到整流器件Q10的柵極G1和源極S1的電路中，存在著布線阻抗、更具體地說，布線電阻Rg1、布線電感Lg1、和器件內(nèi)部的阻抗(電阻Rg、電感Lg)，并且相當(dāng)于與柵源電容Cgs并聯(lián)。這樣就不可能使柵源電壓Vgs減小到充分低于閾值。
因此就不能完全防止應(yīng)關(guān)斷的整流器件Q10進(jìn)入接通狀態(tài)(自導(dǎo)通狀態(tài))。
本發(fā)明的另一個(gè)目的是提供一種有助于減少外型尺寸和元件數(shù)量并降低造價(jià)的半導(dǎo)體器件以及DC-DC變換器。
為了解決上述問題，依據(jù)本發(fā)明的半導(dǎo)體器件包括第一場(chǎng)效應(yīng)晶體管(FET)、第二FET及封殼。第一FET和第二FET設(shè)置在封殼中。第一FET構(gòu)成主開關(guān)。第二FET的漏極和源極連接到第一FET的柵極和源極。封殼的外表面有一些外部端子。外部端子與第一和第二FET的漏極、源極和柵極連接。
如上所述，第一FET構(gòu)成主開關(guān)，第二FET的漏極和源極連接到作為主開關(guān)的第一FET的柵極和源極。這樣就可用第二FET將構(gòu)成主開關(guān)的第一FET的柵極和源極短路。假如在第一FET應(yīng)關(guān)斷期間有一個(gè)電壓加到第一FET上，可與該電壓的施加同步地驅(qū)動(dòng)第二FET的柵極并用低阻抗短路第一FET的柵源電容。
另外，第一和第二FET裝在同一個(gè)封殼中，而且第二FET的布線阻抗非常低，因此可以將柵源電壓降低到充分地低于閾電壓。
此外，封殼外表面有一些端子，用于連接第一和第二FET的漏極、源極或柵極。因此依據(jù)本發(fā)明的半導(dǎo)體器件可以作為單一元件直接安裝到電路板上，這有助于減小尺寸和元件數(shù)量并降低造價(jià)。
圖8是相關(guān)技術(shù)的DC-DC變換器的同步整流器電路的部分電路圖。
在第一FET Q10中，柵極G1連接到外部端子23、漏極D1連接到外部端子21、源極S1連接到外部端子22。第二FET Q20的柵極G2連接到外部端子24。FET Q10的漏極D1和源極S1之間連接二極管3(例如肖特基二極管)?？捎玫谝籉ET Q10的內(nèi)部二極管代替二極管3。
圖2是表示按照本發(fā)明的半導(dǎo)體器件的典型外觀的透視圖。封殼1的外表面設(shè)置有上面提到的互相獨(dú)立的外部端子。
圖3表示
圖1和圖2中所示的按照本發(fā)明的半導(dǎo)體器件的電路操作。如圖3所示，第一FET Q10有柵源電容Cgs、漏柵電容Cdg和漏源電容Cds。按預(yù)定的時(shí)序向第一FET Q10的柵極G1和開關(guān)器件Q20的柵極G2提供驅(qū)動(dòng)信號(hào)SG1和SG2。
假設(shè)在由外部端子23提供的驅(qū)動(dòng)信號(hào)SG1驅(qū)動(dòng)的第一FET Q10關(guān)斷期間，在第一FET Q10的漏極D1和源極S1之間加上電壓Vin，第一FET Q10的漏極D1上的電壓Vds突然從0上升到輸入電壓Vin與施加輸入電壓Vin的時(shí)序同步，將驅(qū)動(dòng)信號(hào)SG2加到外部端子24上使第二FET Q20接通。這就使得第二FET Q20將第一FET Q10的柵極G1和源極S1短路，從而以低阻抗將第一FET Q10的柵源電容短路。
另外，第一FET Q10和第二FET Q20裝在同一個(gè)封殼中，并且第二FET Q20和第一FET Q10之間的布線阻抗非常低，因此可將柵源電壓Vgs降到充分地低于閾電壓。這就可靠地避免了應(yīng)關(guān)斷的第一FET Q10進(jìn)入接通狀態(tài)(自導(dǎo)通狀態(tài))。
此外，在封殼1的外表面有外部端子21至24。第一和第二FET的漏極D1、D2、源極S1、S2和柵極G1、G2連接到所述端子21至24。這樣就可將封殼1作為單一部件直接安裝到電路板上。
圖4顯示按照本發(fā)明的半導(dǎo)體器件的另一個(gè)實(shí)施例。圖中與圖1相同的部分用了相同的標(biāo)號(hào)。本實(shí)施例中，第一FET Q10和第二FET Q20設(shè)置在兩個(gè)芯片10、11上并組裝在封殼1中。連接到第一FET Q10柵極G1的端子25和連接到第二FET Q20漏極D2的端子27要靠的很近，以便導(dǎo)電。第二FET Q20漏極D2和端子25、27都連接到端子23上。本實(shí)施例也可獲得與上述圖1實(shí)施例的相同的效果。
圖5顯示按照本發(fā)明的半導(dǎo)體器件的又一個(gè)實(shí)施例。圖中與圖1相同的部分用了相同的標(biāo)號(hào)。本實(shí)施例中，第二FET Q20的源極S2與第一FET Q10的源極S1是隔離的，并且連接到與外部端子22分開設(shè)置的另一個(gè)外部端子29上。可在襯底的元件側(cè)將源極S1和S2在電氣上連通。第一FET Q10和第二FET Q20可設(shè)置在一個(gè)芯片上或做在分開的芯片上。本實(shí)施例也可提供與上述圖1實(shí)施例同樣的效果。
圖6顯示按照本發(fā)明的半導(dǎo)體器件的再一個(gè)實(shí)施例。圖中與圖1相同的部分用了相同的標(biāo)號(hào)。在本實(shí)施例中，半導(dǎo)體器件包括第三FETQ30，用它來驅(qū)動(dòng)第一FET Q10的柵極G1。本實(shí)施例中，第一FET Q10和第二FET Q20包括N溝道FET，第三FET Q30包括P溝道FET。第三FET Q30的漏極D3連接到外部端子23上。工作電壓Vcc輸送到外部端子23上。
第三FET Q30的柵極G3與第二FET Q20的柵極G2一起連接到外部端子24上。此外，第三FET Q30的源極S3連接到第一FET Q10的柵極G1上。第一FET Q10、第二FET Q20和第三FET Q30可以設(shè)置在同一個(gè)芯片上或做在不同的芯片上。
圖7表示一個(gè)同步整流器系統(tǒng)降壓DC-DC變換器，它利用圖1至圖4中所示的半導(dǎo)體器件作為換向開關(guān)器件5。
在本實(shí)施例中，利用控制開關(guān)器件Qm切換從DC(直流)電源41向T11、T12端子提供的直流電壓或電壓Vin。標(biāo)號(hào)42表示輸入電容控制電路43對(duì)控制開關(guān)器件Qm進(jìn)行控制。在控制操作中，控制電路43通過調(diào)節(jié)控制開關(guān)器件Qm的接通時(shí)間(占空比)來控制輸出電壓Vo。通過連接在電容42兩端的輸出端子T21和T22向負(fù)載輸出電壓Vo。
在控制開關(guān)器件Qm斷開時(shí)間內(nèi)，換向開關(guān)器件5接通，以便連續(xù)地向電感線圈45饋送電流。為了防止出現(xiàn)直通電流，設(shè)置空周期(空載時(shí)間)，在該周期中，控制開關(guān)器件Qm和換向開關(guān)器件5都不接通。在該空周期內(nèi)流過電感線圈45的電流流入與換向開關(guān)器件5并聯(lián)的二極管3?？刂崎_關(guān)器件Qm和換向開關(guān)器件5的接通和關(guān)斷時(shí)序由控制電路43控制。
假如在換向開關(guān)器件5已經(jīng)關(guān)斷之后、當(dāng)空周期結(jié)束后控制開關(guān)Qm接通，則第一FET Q10的漏源電壓Vds突然從0上升到輸入電壓Vin。
換向開關(guān)器件5是圖1至圖4中所示的按照本發(fā)明的半導(dǎo)體器件，并且第二FET Q20的漏極D2和源極S2連接到第一FET Q10的柵極G1和源極S1上。
這樣，在第一FET Q10接通后、空周期結(jié)束而控制開關(guān)Q1接通時(shí)輸入電壓Vin加到第一FET Q10上，驅(qū)動(dòng)信號(hào)SG2與該時(shí)序同步地輸送到外部端子24以便接通第二FET Q20。這就使第二FET Q20將第一FET Q10的柵極G1和源極S1短路，從而以低阻抗將第一FET Q10的柵源電容短路。
此外，第一FET Q10和第二FET Q20是裝在同一個(gè)封殼內(nèi)的，并且第二FET Q20和第一FET Q10間的布線阻抗非常低，因此可使柵源電壓Vgs降到充分地低于閾電壓。這就可靠的避免了應(yīng)關(guān)斷的第一FET Q10進(jìn)入接通狀態(tài)(自導(dǎo)通狀態(tài))的危險(xiǎn)。
另外，封殼1的外表面有外部端子21至24。第一和第二FET的漏極D1、D2、源極S1、S2和柵極G1、G2連接到這些端子。因此封殼1可單獨(dú)作為一個(gè)部件直接安裝到電路板上。
雖然未示出，圖4至6中所示的半導(dǎo)體器件也可作為換向開關(guān)器件5。按照本發(fā)明的半導(dǎo)體器件可用作帶有電源轉(zhuǎn)換變壓器的隔離型DC-DC變換器中的輸出整流電路的同步整流器件。
如上所述，按照本發(fā)明，可獲得如下優(yōu)點(diǎn)(a)提供一種以低阻抗將作為主開關(guān)器件的FET的柵源電容短路的半導(dǎo)體器件，以及使用該半導(dǎo)體器件的DC-DC變換器。
(b)提供一種有助于減小尺寸和元件數(shù)量并降低造價(jià)的半導(dǎo)體器件和DC-DC變換器。
權(quán)利要求
1.一種半導(dǎo)體器件，它包括包括主開關(guān)的第一場(chǎng)效應(yīng)晶體管；第二場(chǎng)效應(yīng)晶體管，其漏極和源極連接到所述第一場(chǎng)效應(yīng)晶體管的柵極和源極；以及其外表面帶有外部端子的封殼，所述第一場(chǎng)效應(yīng)晶體管和所述第二場(chǎng)效應(yīng)晶體管設(shè)置在該封殼里面。其中，所述外部端子與所述第一和第二場(chǎng)效應(yīng)晶體管的漏極、源極或柵極連接。
2.如權(quán)利要求1所述的半導(dǎo)體器件，其特征在于所述第一和所述第二場(chǎng)效應(yīng)晶體管形成在單一芯片上。
3.如權(quán)利要求1所述的半導(dǎo)體器件，其特征在于所述第一和所述第二場(chǎng)效應(yīng)晶體管形成在分開的芯片上。
4.如權(quán)利要求1所述的半導(dǎo)體器件，其特征在于所述半導(dǎo)體器件還包括形成在所述封殼中的第三場(chǎng)效應(yīng)晶體管，其源極連接到所述第一場(chǎng)效應(yīng)晶體管的柵極、其柵極連接到所述第二場(chǎng)效應(yīng)晶體管的柵極、而其漏極連接到所述外部端子。
5.如權(quán)利要求1至4中任一項(xiàng)所述的半導(dǎo)體器件，其特征在于所述半導(dǎo)體器件用作開關(guān)器件和整流器件中的一種器件。
6.一種具有同步整流器電路的DC-DC變換器，其中，所述同步整流器電路包括含有半導(dǎo)體器件的整流器件，所述半導(dǎo)體器件包括包括主開關(guān)的第一場(chǎng)效應(yīng)晶體管；第二場(chǎng)效應(yīng)晶體管，其漏極和源極連接到所述第一場(chǎng)效應(yīng)晶體管的柵極和源極；以及其外表面帶有外部端子的封殼，所述第一場(chǎng)效應(yīng)晶體管和所述第二場(chǎng)效應(yīng)晶體管設(shè)置在所述封殼里面；其中，所述外部端子與所述第一和第二場(chǎng)效應(yīng)晶體管的漏極、源極或柵極連接。
7.如權(quán)利要求6所述的DC-DC變換器，其特征在于所述第一和所述第二場(chǎng)效應(yīng)晶體管形成在單一芯片上。
8.如權(quán)利要求6所述的DC-DC變換器，其特征在于所述第一和所述第二場(chǎng)效應(yīng)晶體管形成在分開的芯片上。
9.如權(quán)利要求6所述的DC-DC變換器，其特征在于所述半導(dǎo)體器件還包括形成在所述封殼中的第三場(chǎng)效應(yīng)晶體管，其源極連接到所述第一場(chǎng)效應(yīng)晶體管的柵極、其柵極連接到所述第二場(chǎng)效應(yīng)晶體管的柵極、而其漏極連接到所述外部端子。
10.如權(quán)利要求6至9中任一項(xiàng)所述的DC-DC變換器，其特征在于所述半導(dǎo)體器件用作開關(guān)器件和整流器件中的一種器件。
全文摘要
提出一種能夠以低阻抗將作為主開關(guān)器件的FET(場(chǎng)效應(yīng)晶體管)的柵源電容短路的半導(dǎo)體器件。上述半導(dǎo)體器件包括第一FET、第二FET以及一個(gè)封殼。第一FET和第二FET都裝在封殼內(nèi)。第一FET構(gòu)成主開關(guān)器件。第二FET的漏極和源極連接到第一FET的柵極和源極。封殼的外表面具有第一和第二FET的外部端子。
文檔編號(hào)H02M7/21GK1378285SQ0210820
公開日2002年11月6日 申請(qǐng)日期2002年3月22日 優(yōu)先權(quán)日2001年3月23日
發(fā)明者廣川正彥, 松浦研, 高木雅和 申請(qǐng)人:Tdk株式會(huì)社