JP2007205852A - Semiconductor device and on-resistance measuring method - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、半導体装置及びオン抵抗測定方法に関し、さらに詳しくは、半導体装置に内蔵されたパワートランジスタのオン抵抗測定方法に関し、特に小型のトランジスタを多数並列に接続したパワートランジスタの定格負荷電流におけるオン抵抗を正確に求めることができる半導体装置の構成と測定方法に関するものである。 The present invention relates to a semiconductor device and an on-resistance measuring method, and more particularly, to an on-resistance measuring method for a power transistor built in the semiconductor device, and more particularly to an on-resistance at a rated load current of a power transistor in which many small transistors are connected in parallel. The present invention relates to a configuration of a semiconductor device and a measuring method capable of accurately obtaining resistance.
従来、大電流を制御するためのパワートランジスタは、製造プロセスが異なるため大規模集積回路(LSI)とは別チップで製造され、LSIに外付けするように構成するのが一般的であった。しかし、機器の小型化の要求に応え、最近ではパワートランジスタもLSIに内蔵されるようになってきた。即ち、LSIに内蔵されるパワートランジスタの構成は、同じ特性の小型トランジスタを多数並列に接続した構成を採るのが一般的である。こうすることで、パワートランジスタの周波数特性や応答速度を改善することができ、しかもLSI上の他のトランジスタとほぼ同様の特性を有する小型トランジスタを使用してパワートランジスを設計することができる。 Conventionally, a power transistor for controlling a large current is generally manufactured in a separate chip from a large-scale integrated circuit (LSI) because of a different manufacturing process, and is configured to be externally attached to the LSI. However, in response to the demand for miniaturization of devices, recently, power transistors have been built into LSIs. That is, the power transistor built in the LSI generally employs a structure in which a large number of small transistors having the same characteristics are connected in parallel. By doing so, the frequency characteristics and response speed of the power transistor can be improved, and the power transistor can be designed using a small transistor having characteristics almost similar to those of other transistors on the LSI.
ここでLSIに大電流制御用パワートランジスタを内蔵した場合に問題となるのが、パワートランジスタのオン抵抗の測定である。しかしオン抵抗が低いため、測定機器のプローブを半導体装置の外部端子に接続したときに発生する接触抵抗が無視できなくなり、正確なオン抵抗が測定できない。 Here, when a large current control power transistor is incorporated in an LSI, the problem is the measurement of the on-resistance of the power transistor. However, since the on-resistance is low, the contact resistance generated when the probe of the measuring device is connected to the external terminal of the semiconductor device cannot be ignored, and an accurate on-resistance cannot be measured.
またパワートランジスタの用途としては、LEDランプの点灯用ドライブ回路であったり、DC−DCコンバータのスイッチング素子であったりする。そのためLEDランプの輝度を保証するためには、パワートランジスタのオン抵抗の管理が不可欠である。また、DC−DCコンバータの過電流保護を行うため、スイッチングトランジスタに流れる電流を同トランジスタの電圧降下で検出するような用途においては、さらに正確なオン抵抗の管理が求められる。 The power transistor is used as a drive circuit for lighting an LED lamp or a switching element of a DC-DC converter. Therefore, in order to guarantee the brightness of the LED lamp, it is essential to manage the on-resistance of the power transistor. In addition, in order to perform overcurrent protection of the DC-DC converter, more accurate on-resistance management is required in applications where the current flowing through the switching transistor is detected by the voltage drop of the transistor.
尚、小型のトランジスタを多数並列に接続したパワートランジスタのオン抵抗を正確に測定する方法としては特許文献1がある。特許文献1によればMISトランジスタを多数個並列に接続した第1MISFETと、このFETを構成しているトランジスタセルと同じ大きさのトランジスタセルを、第1MISFETより十分少ない数のトランジスタを並列接続した第2のMISFETを同一半導体の近傍に形成し、ウエハーテストの段階でオン抵抗の測定を第2MISFETで行い、第1MISFETのオン抵抗を類推し、オン抵抗測定後は、第1MISFETと第2MISFETをワイヤーボンディングなどの手段で電気的に接続し、1つのFETとして動作させる技術について開示されている。
しかしながら、特許文献1に開示されている従来の方式では、オン抵抗測定後にワイヤーボンディングなどの電気的接続手段が必要なため、新たな工程が追加になってしまう。また、電気的接続工程を省略して、第1と第2のMISFETを接続しないと、第2MISFETが無駄になってしまう。さらに、半導体チップをパッケージに封止した後ではオン抵抗の測定は精度よく行えなくなるという問題がある。 However, the conventional method disclosed in Patent Document 1 requires an electrical connection means such as wire bonding after the on-resistance measurement, and thus a new process is added. Further, if the electrical connection step is omitted and the first and second MISFETs are not connected, the second MISFET is wasted. Furthermore, there is a problem that the on-resistance cannot be measured with high accuracy after the semiconductor chip is sealed in the package.
本発明は、かかる課題に鑑み、新たな工程の追加が無く、半導体チップをパッケージに封止した後でも、オン抵抗の測定を高精度に行うことが出来る半導体装置および測定方法を提供することを目的とする。 In view of such problems, the present invention provides a semiconductor device and a measurement method capable of performing on-resistance measurement with high accuracy even after a semiconductor chip is sealed in a package without adding a new process. Objective.
本発明はかかる課題を解決するために、請求項1は、同じ特性を備えたトランジスタ群を並列に接続して構成したパワートランジスタと、該パワートランジスタのソース若しくはエミッタ電極およびドレイン若しくはコレクタ電極を外部に引き出すための端子と、を備えた半導体装置において、前記トランジスタ群と同じ特性を備えたトランジスタを少なくとも1つ以上前記パワートランジスタと並列に接続したモニタトランジスタと、前記パワートランジスタ及び前記モニタトランジスタのゲート若しくはベース電圧を夫々独立に制御する制御回路と、を備え、前記制御回路は、前記パワートランジスタと前記モニタトランジスタのゲート若しくはベース以外の電極が共通接続されている場合、テストモード時には前記パワートランジスタを動作不可とすると共に、前記モニタトランジスタの動作が任意に制御可能となるように前記ゲート若しくはベース電圧を制御し、通常モード時には前記パワートランジスタを動作可とすると共に、前記モニタトランジスタの動作が任意に制御可能となるように前記ゲート若しくはベース電圧を制御することを特徴とする。 In order to solve such a problem, the present invention provides a power transistor configured by connecting a group of transistors having the same characteristics in parallel, and a source or emitter electrode and a drain or collector electrode of the power transistor are externally connected. A monitor transistor in which at least one transistor having the same characteristics as the transistor group is connected in parallel with the power transistor, and a gate of the power transistor and the monitor transistor. Or a control circuit that independently controls the base voltage, and the control circuit is configured to connect the power transistor and an electrode other than the gate or base of the monitor transistor in common, and in the test mode, the power transistor The gate or base voltage is controlled so that the operation of the monitor transistor can be arbitrarily controlled, and the power transistor is enabled in the normal mode, and the monitor transistor is arbitrarily operated. The gate or base voltage is controlled so as to be controllable.
本発明は複数のトランジスタ群により構成したパワートランジスタに並列にモニタトランジスタを接続する。そしてパワートランジスタとモニタトランジスタのゲートを個別に制御できる制御回路を備え、テストモード時にはパワートランジスタが動作しないように制御して、モニタトランジスタにより測定を行なう構成とした。また通常モード時にはパワートランジスタとモニタトランジスタの両方を動作させる。 In the present invention, a monitor transistor is connected in parallel to a power transistor constituted by a plurality of transistor groups. A control circuit capable of individually controlling the gates of the power transistor and the monitor transistor is provided, and in the test mode, control is performed so that the power transistor does not operate, and measurement is performed by the monitor transistor. In the normal mode, both the power transistor and the monitor transistor are operated.
請求項2は、前記モニタトランジスタのソース若しくはエミッタ電極とドレイン若しくはコレクタ電極間の電位を測定する電圧測定手段と、前記ドレイン若しくはコレクタ電極に電流を供給する定電流源と、を備え、前記制御回路が当該半導体装置を前記テストモードにすることにより、前記モニタトランジスタのソース若しくはエミッタ電極とドレイン若しくはコレクタ電極間の電位を前記電圧測定手段により測定し、該測定結果に基づいて前記パワートランジスタとモニタトランジスタの合成オン抵抗Rを推定することを特徴とする。
モニタトランジスタのオン抵抗を測定するには、このモニタトランジスタに一定の電流を流し、そのときのドレインとソース間の電圧降下を測定することにより、計算で求めることが出来る。そのためには、モニタトランジスタのソース若しくはエミッタ電極とドレイン若しくはコレクタ電極間の電位を測定する電圧測定手段と、ドレイン若しくはコレクタ電極に電流を供給する定電流源を備えるものである。
The control circuit includes: a voltage measuring unit that measures a potential between a source or emitter electrode and a drain or collector electrode of the monitor transistor; and a constant current source that supplies a current to the drain or collector electrode. By setting the semiconductor device to the test mode, the potential between the source or emitter electrode of the monitor transistor and the drain or collector electrode is measured by the voltage measuring means, and the power transistor and the monitor transistor are measured based on the measurement result. The combined on-resistance R is estimated.
In order to measure the on-resistance of the monitor transistor, it can be obtained by calculation by passing a constant current through the monitor transistor and measuring the voltage drop between the drain and source at that time. For this purpose, voltage measuring means for measuring the potential between the source or emitter electrode of the monitor transistor and the drain or collector electrode, and a constant current source for supplying current to the drain or collector electrode are provided.
請求項3は、前記パワートランジスタを構成する前記トランジスタ群の数をN、前記モニタトランジスタを構成するトランジスタの数をn、前記電圧測定手段により測定した電圧に基づいて計算した前記モニタトランジスタのオン抵抗をrとしたとき、前記パワートランジスタおよび前記モニタトランジスタの合成オン抵抗Rsの推定値は、Rs=(r×n)/(N+n)により求めることを特徴とする。
並列に接続した抵抗値は、各抵抗値が等しいと仮定すれば、並列に接続する抵抗の個数分の1となる。従って、モニタトランジスタの合成オン抵抗Rsの推定値は、モニタトランジスタのオン抵抗をr、トランジスタ群の数をN、モニタトランジスタを構成するトランジスタの数をnとすると、Rs=(r×n)/(N+n)により求めることができる。
The number of transistors constituting the power transistor is N, the number of transistors constituting the monitor transistor is n, and the on-resistance of the monitor transistor is calculated based on the voltage measured by the voltage measuring unit. Where r is an estimated value of the combined on-resistance Rs of the power transistor and the monitor transistor, Rs = (r × n) / (N + n).
The resistance value connected in parallel is 1 / the number of resistors connected in parallel, assuming that the resistance values are equal. Therefore, the estimated value of the combined on-resistance Rs of the monitor transistor is Rs = (r × n) / where R is the on-resistance of the monitor transistor, N is the number of transistor groups, and n is the number of transistors constituting the monitor transistor. (N + n).
請求項4は、前記パワートランジスタを構成する前記トランジスタ群の数をN、前記モニタトランジスタを構成するトランジスタの数をn、前記電圧測定手段により測定した電圧に基づいて計算した前記モニタトランジスタのオン抵抗をrとしたとき、前記パワートランジスタのオン抵抗Rの推定値は、R=(r×n)/Nにより求めることを特徴とする。
並列に接続した抵抗値は、各抵抗値が等しいと仮定すれば、並列に接続する抵抗の個数分の1となる。従って、パワートランジスタのオン抵抗Rの推定値は、モニタトランジスタのオン抵抗をr、トランジスタ群の数をN、モニタトランジスタを構成するトランジスタの数をnとすると、R=(r×n)/Nにより求めることができる。
According to a fourth aspect of the present invention, the number of transistor groups constituting the power transistor is N, the number of transistors constituting the monitor transistor is n, and the on-resistance of the monitor transistor calculated based on the voltage measured by the voltage measuring means Where r is an estimated value of the on-resistance R of the power transistor, R = (r × n) / N.
The resistance value connected in parallel is 1 / the number of resistors connected in parallel, assuming that the resistance values are equal. Accordingly, the estimated value of the on-resistance R of the power transistor is R = (r × n) / N, where r is the on-resistance of the monitor transistor, N is the number of transistor groups, and n is the number of transistors constituting the monitor transistor. It can ask for.
請求項5は、前記モニタトランジスタのオン抵抗rは、定格負荷電流のほぼn/(N+n)倍の電流I1を前記モニタトランジスタに流したときの前記モニタトランジスタに発生する電圧降下を前記電圧測定手段により測定し、該測定結果をV1とすると、r=V1/I1により求めることを特徴とする。
並列に接続された全てのトランジスタが等しいと仮定すると、各トランジスタに流れる電流の総和が定格電流となる。従って、モニタトランジスタには定格負荷電流のほぼn/(N+n)倍の電流I1を流してやれば、そのときの電圧降下を測定することにより、r=V1/I1によりモニタトランジスタのオン抵抗rを推定することが出来る。
5. The voltage measuring means according to claim 5, wherein the on-resistance r of the monitor transistor is a voltage drop generated in the monitor transistor when a current I1 approximately n / (N + n) times a rated load current is passed through the monitor transistor. And when the measurement result is V1, it is obtained by r = V1 / I1.
Assuming that all transistors connected in parallel are equal, the sum of the currents flowing through the transistors is the rated current. Therefore, if a current I1 approximately n / (N + n) times the rated load current is passed through the monitor transistor, the on-resistance r of the monitor transistor is estimated by r = V1 / I1 by measuring the voltage drop at that time. I can do it.
請求項6は、同じ特性を備えたトランジスタ群を並列に接続して構成したパワートランジスタと、該パワートランジスタのソース若しくはエミッタ電極およびドレイン若しくはコレクタ電極を外部に引き出すための端子と、を備えた半導体装置のオン抵抗測定方法において、前記トランジスタ群と同じ特性を備えたトランジスタを少なくとも1つ以上前記パワートランジスタと並列に接続したモニタトランジスタと、前記パワートランジスタ及び前記モニタトランジスタのゲート若しくはベース電圧を夫々独立に制御する制御回路と、を備え、前記制御回路は、前記パワートランジスタと前記モニタトランジスタのゲート若しくはベース以外の電極が共通接続されている場合、テストモード時には前記パワートランジスタを動作不可とすると共に、前記モニタトランジスタの動作が任意に制御可能となるように前記ゲート若しくはベース電圧を制御し、通常モード時には前記パワートランジスタを動作可とすると共に、前記モニタトランジスタの動作が任意に制御可能となるように前記ゲート若しくはベース電圧を制御することを特徴とする。
請求項1と同様の作用効果を奏する。
A semiconductor device comprising: a power transistor configured by connecting a group of transistors having the same characteristics in parallel; and a terminal for extracting a source or emitter electrode and a drain or collector electrode of the power transistor to the outside In the device on-resistance measurement method, a monitor transistor in which at least one transistor having the same characteristics as the transistor group is connected in parallel with the power transistor, and a gate or base voltage of the power transistor and the monitor transistor are independent of each other. A control circuit for controlling the power transistor, and when the power transistor and an electrode other than the gate or base of the monitor transistor are connected in common, the control circuit disables the power transistor in a test mode. In addition, the gate or base voltage is controlled so that the operation of the monitor transistor can be arbitrarily controlled, the power transistor can be operated in the normal mode, and the operation of the monitor transistor can be arbitrarily controlled. As described above, the gate or base voltage is controlled.
There exists an effect similar to Claim 1.
請求項7は、前記モニタトランジスタのソース若しくはエミッタ電極とドレイン若しくはコレクタ電極間の電位を測定する電圧測定手段と、前記ドレイン若しくはコレクタ電極に電流を供給する定電流源と、を備え、前記制御回路が当該半導体装置を前記テストモードにすることにより、前記モニタトランジスタのソース若しくはエミッタ電極とドレイン若しくはコレクタ電極間の電位を前記電圧測定手段により測定し、該測定結果に基づいて前記パワートランジスタとモニタトランジスタの合成オン抵抗Rを推定することを特徴とする。
請求項2と同様の作用効果を奏する。
7. The control circuit according to claim 7, comprising voltage measuring means for measuring a potential between a source or emitter electrode and a drain or collector electrode of the monitor transistor, and a constant current source for supplying a current to the drain or collector electrode. By setting the semiconductor device to the test mode, the potential between the source or emitter electrode of the monitor transistor and the drain or collector electrode is measured by the voltage measuring means, and the power transistor and the monitor transistor are measured based on the measurement result. The combined on-resistance R is estimated.
There exists an effect similar to
請求項8は、前記パワートランジスタを構成する前記トランジスタ群の数をN、前記モニタトランジスタを構成するトランジスタの数をn、前記電圧測定手段により測定した電圧に基づいて計算した前記モニタトランジスタのオン抵抗をrとしたとき、前記パワートランジスタおよび前記モニタトランジスタの合成オン抵抗Rsの推定値は、Rs=(r×n)/(N+n)により求めることを特徴とする。
請求項3と同様の作用効果を奏する。
The on-resistance of the monitor transistor calculated on the basis of the voltage measured by the voltage measuring means, wherein the number of the transistor groups constituting the power transistor is N, the number of the transistors constituting the monitor transistor is n, Where r is an estimated value of the combined on-resistance Rs of the power transistor and the monitor transistor, Rs = (r × n) / (N + n).
There exists an effect similar to
請求項9は、前記パワートランジスタを構成する前記トランジスタ群の数をN、前記モニタトランジスタを構成するトランジスタの数をn、前記電圧測定手段により測定した電圧に基づいて計算した前記モニタトランジスタのオン抵抗をrとしたとき、前記パワートランジスタのオン抵抗Rの推定値は、R=(r×n)/Nにより求めることを特徴とする。
請求項4と同様の作用効果を奏する。
9. The monitor transistor on-resistance calculated based on the number of transistors constituting the power transistor, N, the number of transistors constituting the monitor transistor, and the voltage measured by the voltage measuring means Where r is an estimated value of the on-resistance R of the power transistor, R = (r × n) / N.
There exists an effect similar to
請求項10は、前記モニタトランジスタのオン抵抗rは、定格負荷電流のほぼn/(N+n)倍の電流I1を前記モニタトランジスタに流したときの前記モニタトランジスタに発生する電圧降下を前記電圧測定手段により測定し、該測定結果をV1とすると、r=V1/I1により求めることを特徴とする。
請求項5と同様の作用効果を奏する。
10. The voltage measuring unit according to
The same effect as that of claim 5 is achieved.
請求項1、6の発明によれば、制御回路は、テストモード時にはパワートランジスタを動作不可とすると共に、モニタトランジスタの動作が任意に制御可能となるようにし、通常モード時にはパワートランジスタを動作可とすると共に、モニタトランジスタの動作が任意に制御可能となるようにゲート若しくはベース電圧を制御するので、テストモードではパワートランジスタをOFFにしてモニタトランジスタのみの小電流で測定が可能となる。そして測定が終了すると両者を動作させてモニタトランジスタを有効に使用することが出来る。 According to the first and sixth aspects of the invention, the control circuit disables the power transistor in the test mode, allows the operation of the monitor transistor to be arbitrarily controlled, and enables the power transistor in the normal mode. At the same time, since the gate or base voltage is controlled so that the operation of the monitor transistor can be arbitrarily controlled, in the test mode, the power transistor is turned off and measurement can be performed with a small current of only the monitor transistor. When the measurement is completed, the monitor transistor can be used effectively by operating both of them.
また請求項2、7では、電圧測定手段と定電流源とを備え、制御回路が当該半導体装置をテストモードにすることにより、モニタトランジスタソース若しくはエミッタ電極とドレイン若しくはコレクタ電極間の電位を電圧測定手段により測定し、この測定結果に基づいてパワートランジスタとモニタトランジスタの合成オン抵抗Rを推定するので、外部に簡単な測定手段を接続することにより容易にオン抵抗を推定することが出来る。
また請求項3、8では、合成オン抵抗Rsの推定値を、Rs=(r×n)/(N+n)により求めるので、モニタトランジスタのオン抵抗rを測定した電圧降下から容易に計算することにより求めることができる。
Further, in the second and seventh aspects, the voltage measuring means and the constant current source are provided, and the control circuit puts the semiconductor device into the test mode so that the potential between the monitor transistor source or emitter electrode and the drain or collector electrode is measured. Since the combined on-resistance R of the power transistor and the monitor transistor is estimated based on the measurement result, the on-resistance can be easily estimated by connecting a simple measuring means to the outside.
In
また請求項4、9では、パワートランジスタのオン抵抗Rの推定値を、R=(r×n)/Nにより求めるので、モニタトランジスタのオン抵抗rを測定した電圧降下から容易に計算することにより求めることができる。
また請求項5、10では、モニタトランジスタのオン抵抗rは、定格負荷電流のほぼn/(N+n)倍の電流I1をモニタトランジスタに流したときのモニタトランジスタに発生する電圧降下がV1とすると、r=V1/I1により求めるので、電圧降下を測定するだけで容易に求めることが出来る。
Further, in the fourth and ninth aspects, since the estimated value of the on-resistance R of the power transistor is obtained by R = (r × n) / N, the on-resistance r of the monitor transistor is easily calculated from the measured voltage drop. Can be sought.
Further, in
以下、本発明を図に示した実施形態を用いて詳細に説明する。但し、この実施形態に記載される構成要素、種類、組み合わせ、形状、その相対配置などは特定的な記載がない限り、この発明の範囲をそれのみに限定する主旨ではなく単なる説明例に過ぎない。
図1は本発明の一実施形態に係る半導体装置の回路図である。この半導体装置100はパワートランジスタ1とモニタトランジスタ2の構成においてモニタトランジスタ2を1つの小型トランジスタMsで構成した場合の回路図である。即ち、半導体装置100は、パワートランジスタを構成している小型トランジスタ群(M1〜Mn)1と、モニタトランジスタを構成している小型トランジスタ(Ms)2と、を備えて構成されている。
Hereinafter, the present invention will be described in detail with reference to embodiments shown in the drawings. However, the components, types, combinations, shapes, relative arrangements, and the like described in this embodiment are merely illustrative examples and not intended to limit the scope of the present invention only unless otherwise specified. .
FIG. 1 is a circuit diagram of a semiconductor device according to an embodiment of the present invention. The
パワートランジスタ1はNMOSトランジスタM1からMnで構成されている。NMOSトランジスタM1からMnのドレイン、ソースおよびゲートはそれぞれ共通接続されている。ドレインは半導体装置の外部端子Dより外部に引き出されている。またソースも同様に外部端子Sより外部に引き出されている。ゲートは半導体装置内部のノードG1に接続され、後述する制御回路に接続されている。
またモニタトランジスタ2はNMOSトランジスタMsで構成されている。NMOSトランジスタMsのドレインとソースはそれぞれパワートランジスタ1のドレインとソースに接続され、ゲートは半導体装置内部のノードG2に接続され、後述する制御回路に接続されている。
本実施形態では、モニタトランジスタ2は小型トランジスタ群の最も端に位置する物を使用したが、小型トランジスタ群のどのトランジスタを用いても構わない。
The power transistor 1 is composed of NMOS transistors M1 to Mn. The drains, sources and gates of the NMOS transistors M1 to Mn are connected in common. The drain is drawn out from the external terminal D of the semiconductor device. Similarly, the source is pulled out from the external terminal S. The gate is connected to a node G1 inside the semiconductor device, and is connected to a control circuit described later.
The
In the present embodiment, the
図2は本発明のパワートランジスタとモニタトランジスタの構成で、モニタトランジスタを複数の小型トランジスタで構成した場合の回路図である。1aから1cはパワートランジスタを構成している小型トランジスタ群(M1〜Mn)、2aと2bはモニタトランジスタを構成している小型トランジスタ群(Ms1、Ms2)である。パワートランジスタ1aから1cはNMOSトランジスタM1からMnで構成されている。NMOSトランジスタM1からMnのドレイン、ソースおよびゲートはそれぞれ共通接続されている。ドレインは半導体装置の外部端子Dより外部に引き出されている。またソースも同様に外部端子Sより外部に引き出されている。ゲートは半導体装置内部のノードG1に接続され、後述する制御回路に接続されている。
FIG. 2 is a circuit diagram of the configuration of the power transistor and the monitor transistor according to the present invention, wherein the monitor transistor is composed of a plurality of small transistors. 1a to 1c are small transistor groups (M1 to Mn) constituting power transistors, and 2a and 2b are small transistor groups (Ms1, Ms2) constituting monitor transistors. The
モニタトランジスタ2aと2bはNMOSトランジスタMs1とMs2で構成されている。モニタトランジスタMs1とMs2もドレイン、ソースおよびゲートはそれぞれ共通接続され、さらにドレインとソースはそれぞれパワートランジスタ1a〜1cのドレインとソースに接続されている。また、ゲートは半導体装置内部のノードG2に接続され、後述する制御回路に接続されている。
モニタトランジスタ2の数は、パワートランジスタ1の数に比べ十分少ない数であれば何個使っても構わない。重要なことは、パワートランジスタ1の数とモニタトランジスタ2の数の比が、パワートランジスタ1のオン抵抗とモニタトランジスタ2のオン抵抗の比にできるだけ一致するようにモニタトランジスタ2の配置と数を選択することである。
The monitor transistors 2a and 2b are composed of NMOS transistors Ms1 and Ms2. The monitor transistors Ms1 and Ms2 also have their drains, sources, and gates connected in common, and the drains and sources are connected to the drains and sources of the
The number of
図3は本発明の第1の実施例を示す図である。図1に示したトランジスタに制御回路を追加した回路図である。3の破線で囲った回路が制御回路である。制御回路3にはテスト信号12と制御信号13が入力されている。また、制御回路3の出力は半導体装置内のノードG1とG2に接続されている。なお、ノードG1はパワートランジスタ1のゲートに、ノードG2はモニタトランジスタ2のゲートに接続されている。
パワートランジスタ1とモニタトランジスタ2のドレインは半導体装置100の外部端子Dに接続されて、ソースは半導体装置100の外部端子Sに接続されている。
半導体装置100の外部端子Dと電源Vdd間には定電流源10が接続され、半導体装置100の外部端子Sは接地されている。さらに、外部端子DとSの間には電圧計11が接続されている。
制御回路3はノア回路NOR3aとインバータINV3bで構成されている。テスト信号12はノア回路NOR3aの一方の入力に接続されている。制御信号13はノア回路NOR3aの他方の入力とインバータINV3bの入力に接続されている。
FIG. 3 is a diagram showing a first embodiment of the present invention. FIG. 2 is a circuit diagram in which a control circuit is added to the transistor shown in FIG. 1. A circuit surrounded by a
The drains of the power transistor 1 and the
A constant
The
図4は制御回路3の動作の真理値を示す図である。図4を参照しながら説明する。各Noでテスト信号1212がハイレベル(H)の場合はテストモードである。この状態ではノア回路NOR3aの出力は常にローレベル(L)となるのでノードG1をローレベル(L)に保ちパワートランジスタ1をオフにする。
制御信号13はノア回路NOR3aとインバータINV3bに入力されているが、前述したようにノア回路NOR3aに印加された制御信号13はテスト信号12でブロックされてしまうため、ノア回路NOR3aの出力には影響を与えない。インバータINV3bに入力された信号は反転されて出力され、ノードG2のレベルを変化させる。ノードG2にはモニタトランジスタ2のゲートが接続されているので、モニタトランジスタ2は、制御信号13がローレベル(L)のときはオン、ハイレベル(H)のときはオフとなる。
すなわち、テスト信号12が入力されている場合は、パワートランジスタ1はオフとなり、モニタトランジスタ2は制御信号13のレベルによってオン/オフ制御されることになる。
FIG. 4 is a diagram showing the truth value of the operation of the
Although the
That is, when the
またテスト信号12がローレベル(L)の場合は通常モードである。この状態ではノア回路NOR3aの出力は制御信号13のレベルを反転した信号を出力するので、制御回路3の2つの出力は同じ信号を出力する。
すなわち、テスト信号12が入力されていない場合は、制御信号13でパワートランジスタ1とモニタトランジスタ2が同時にオン/オフ制御されることになる。このように、通常状態ではモニタトランジスタ2もパワートランジスタ1に並列に接続された状態で動作するため、モニタトランジスタ2を無駄なく使用することができる。
When the
That is, when the
モニタトランジスタ2のオン抵抗(r)を測定する場合は、テスト信号12をハイレベル(H)、制御信号13をローレベル(L)にする。すなわち、パワートランジスタ1オフ、モニタトランジスタ2をオンにする。
半導体装置100の外部端子Dには定電流源10から定電流I1が供給されているので、この電流がモニタトランジスタ2に流れ電圧降下V1が発生する。この電圧を電圧計11で測定する。
When measuring the on-resistance (r) of the
Since the constant current I1 is supplied from the constant
モニタトランジスタのオン抵抗(r)は(式1)によって計算で求めることができる。
r=V1/A1 ・・・・・・・・・・(式1)
パワートランジスタ1とモニタトランジスタ2の合成オン抵抗(R)は、パワートランジスタ1を構成している小型トランジスタの個数をN、モニタトランジスタ2を構成している小型トランジスタの個数をnとすると、(式2)によって計算で類推することができる。
R=(r×n)/(N+n) ・・・・・(式2)
モニタトランジスタ2のオン抵抗(r)を測定するときの電流値I1は、パワートランジスタ1とモニタトランジスタ2の合成トランジスタの定格負荷電流をn/(N+n)倍した小さい電流で定格負荷電流と同じオン抵抗が測れるため、測定用プローブと半導体端子の接触抵抗に因る測定誤差を小さくできるため正確なオン抵抗が測定できる。このように正確に測定したモニタトランジスタのオン抵抗からパワートランジスタ1とモニタトランジスタ2の合成オン抵抗(R)を類推するため合成オン抵抗も正確な値となる。
The on-resistance (r) of the monitor transistor can be calculated by (Equation 1).
r = V1 / A1 (Equation 1)
The combined on-resistance (R) of the power transistor 1 and the
R = (r × n) / (N + n) (Formula 2)
The current value I1 when the on-resistance (r) of the
図5は本発明の第2の実施例を示す図である。図1に示したトランジスタに制御回路を追加した別の実施例を示す回路図である。3の破線で囲った回路が制御回路である。
制御回路3にはテスト信号12と制御信号13が入力されている。また、制御回路3の出力は半導体装置100内のノードG1とG2に接続されている。なお、ノードG1はパワートランジスタ1のゲートに、ノードG2はモニタトランジスタ2のゲートに接続されている。
制御回路3はノア回路NOR3aとアンド回路AND3cで構成されている。テスト信号12はノア回路NOR3aの一方の入力とアンド回路AND3cの一方の入力に接続されている。制御信号13はノア回路NOR3aの他方の入力とアンド回路AND3cの他方の入力に接続されている。
FIG. 5 is a diagram showing a second embodiment of the present invention. FIG. 5 is a circuit diagram showing another embodiment in which a control circuit is added to the transistor shown in FIG. 1. A circuit surrounded by a
A
The
図6は制御回路3の動作の真理値を示す図である。テスト信号12がハイレベル(H)の場合はテストモードである。この状態ではノア回路NOR3aの出力は常にローレベル(L)となるのでノードG1をローレベル(L)に保ちパワートランジスタ1をオフにする。また、アンド回路AND3cの一方の入力をハイレベル(H)にするので、アンド回路AND3cのゲートが開き、制御信号13がアンド回路AND3cを通過できるようになる。
FIG. 6 is a diagram showing the truth value of the operation of the
制御信号13もノア回路NOR3aとアンド回路AND3cに入力されているが、前述したようにノア回路NOR3aに印加された制御信号13はテスト信号12でブロックされてしまうため、ノア回路NOR3aの出力には影響を与えない。制御信号13はテスト信号12によって開かれたアンド回路AND3cを通って、ノードG2のレベルを変化させる。ノードG2にはモニタトランジスタ2のゲートが接続されているので、モニタトランジスタ2は、制御信号13がハイレベル(H)のときはオン、ローレベル(L)のときはオフとなる。
すなわち、テスト信号12が入力されている場合は、パワートランジスタ1はオフとなり、モニタトランジスタ2は制御信号13のレベルによってオン/オフ制御されることになる。
Although the
That is, when the
テスト信号12がローレベル(L)の場合は通常モードである。この状態ではノア回路NOR3aの出力は制御信号13のレベルを反転した信号を出力する。また、アンド回路AND3cの一方の入力はローレベルになるので、ゲートは閉じてしまいアンド回路AND3cの出力はローレベル(L)のままとなり、モニタトランジスタ2をオフにする。
すなわち、テスト信号12が入力されていない場合は、制御信号13でパワートランジスタ1はオン/オフ制御されるが、モニタトランジスタ2はオフとなる。
この実施例では通常状態ではモニタトランジスタ2は回路動作に寄与しないため無駄が生じるが、モニタトランジスタ2を構成する小型トランジスタの個数が1個か2個と少ない場合であれば、パワートランジスタ1を構成する小型トランジスタの個数が通常数100個に達することを考えればほとんど無視できる無駄である。
When the
That is, when the
In this embodiment, the
モニタトランジスタ2のオン抵抗(r)を測定する場合は、テスト信号12をハイレベル(H)、制御信号13をハイレベル(H)にする。すなわち、パワートランジスタ1オフ、モニタトランジスタ2をオンにする。
半導体装置100の外部端子Dには定電流源10から定電流I1が供給されているので、この電流がモニタトランジスタ2に流れ電圧降下V1が発生する。この電圧を電圧計11で測定する。
モニタトランジスタのオン抵抗(r)は前記した(式1)によって計算で求めることができる。
When measuring the on-resistance (r) of the
Since the constant current I1 is supplied from the constant
The on-resistance (r) of the monitor transistor can be calculated by the above-described (Equation 1).
パワートランジスタ1のオン抵抗(R)は、パワートランジスタ1を構成している小型トランジスタの個数をN、モニタトランジスタ2を構成している小型トランジスタの個数をnとすると、(式3)によって計算で類推することができる。
R=(r×n)/N ・・・・・・・・・・(式3)
モニタトランジスタ2のオン抵抗(r)を測定するときの電流値I1は、パワートランジスタ1の定格負荷電流をn/N倍した小さい電流で定格負荷電流と同じオン抵抗が測れるため、測定用プローブと半導体端子の接触抵抗に因る測定誤差を小さくできるため正確なオン抵抗が測定できる。このように正確に測定したモニタトランジスタのオン抵抗からパワートランジスタ1のオン抵抗(R)を類推するため正確な値となる。
The on-resistance (R) of the power transistor 1 is calculated by (Equation 3), where N is the number of small transistors constituting the power transistor 1 and n is the number of small transistors constituting the
R = (r × n) / N (Equation 3)
Since the current value I1 when measuring the on-resistance (r) of the
今までの例ではパワートランジスタ1とモニタトランジスタ2はNMOSトランジスタに付いて説明したが、本発明はNMOSトランジスタに限ることは無く、PMOSトランジスタや、バイポーラトランジスタのPNPトランジスタ、NPNトランジスタにおいても全く同様の方法で高精度のオン抵抗を測定することができることは言うまでも無い。
In the examples so far, the power transistor 1 and the
1 パワートランジスタ、2 モニタトランジスタ、3 制御回路、3a ノア回路NOR、3b インバータINV、10 定電流源、11 電圧計、12 テスト信号、13 制御信号、100 半導体装置、D、S 外部端子 1 power transistor, 2 monitor transistor, 3 control circuit, 3a NOR circuit NOR, 3b inverter INV, 10 constant current source, 11 voltmeter, 12 test signal, 13 control signal, 100 semiconductor device, D, S external terminal
Claims (10)
前記トランジスタ群と同じ特性を備えたトランジスタを少なくとも1つ以上前記パワートランジスタと並列に接続したモニタトランジスタと、
前記パワートランジスタ及び前記モニタトランジスタのゲート若しくはベース電圧を夫々独立に制御する制御回路と、を備え、
前記制御回路は、前記パワートランジスタと前記モニタトランジスタのゲート若しくはベース以外の電極が共通接続されている場合、テストモード時には前記パワートランジスタを動作不可とすると共に、前記モニタトランジスタの動作が任意に制御可能となるように前記ゲート若しくはベース電圧を制御し、通常モード時には前記パワートランジスタを動作可とすると共に、前記モニタトランジスタの動作が任意に制御可能となるように前記ゲート若しくはベース電圧を制御することを特徴とする半導体装置。 In a semiconductor device comprising: a power transistor configured by connecting a group of transistors having the same characteristics in parallel; and a terminal for extracting the source or emitter electrode and the drain or collector electrode of the power transistor to the outside.
A monitor transistor in which at least one transistor having the same characteristics as the transistor group is connected in parallel with the power transistor;
A control circuit for independently controlling the gate or base voltage of the power transistor and the monitor transistor,
The control circuit disables the operation of the power transistor in the test mode and can arbitrarily control the operation of the monitor transistor when the power transistor and an electrode other than the gate or base of the monitor transistor are connected in common. The gate or base voltage is controlled so that the power transistor can be operated in the normal mode, and the gate or base voltage is controlled so that the operation of the monitor transistor can be arbitrarily controlled. A featured semiconductor device.
前記制御回路が当該半導体装置を前記テストモードにすることにより、前記モニタトランジスタのソース若しくはエミッタ電極とドレイン若しくはコレクタ電極間の電位を前記電圧測定手段により測定し、該測定結果に基づいて前記パワートランジスタとモニタトランジスタの合成オン抵抗Rを推定することを特徴とする請求項1に記載の半導体装置。 Voltage measuring means for measuring the potential between the source or emitter electrode and the drain or collector electrode of the monitor transistor, and a constant current source for supplying current to the drain or collector electrode,
The control circuit sets the semiconductor device in the test mode so that the potential between the source or emitter electrode and the drain or collector electrode of the monitor transistor is measured by the voltage measuring unit, and the power transistor is based on the measurement result. The semiconductor device according to claim 1, wherein a combined on-resistance R of the monitor transistor is estimated.
前記トランジスタ群と同じ特性を備えたトランジスタを少なくとも1つ以上前記パワートランジスタと並列に接続したモニタトランジスタと、
前記パワートランジスタ及び前記モニタトランジスタのゲート若しくはベース電圧を夫々独立に制御する制御回路と、を備え、
前記制御回路は、前記パワートランジスタと前記モニタトランジスタのゲート若しくはベース以外の電極が共通接続されている場合、テストモード時には前記パワートランジスタを動作不可とすると共に、前記モニタトランジスタの動作が任意に制御可能となるように前記ゲート若しくはベース電圧を制御し、通常モード時には前記パワートランジスタを動作可とすると共に、前記モニタトランジスタの動作が任意に制御可能となるように前記ゲート若しくはベース電圧を制御することを特徴とする半導体装置のオン抵抗測定方法。 On-resistance measurement of a semiconductor device comprising: a power transistor configured by connecting a group of transistors having the same characteristics in parallel; and a terminal for extracting the source or emitter electrode and the drain or collector electrode of the power transistor to the outside In the method
A monitor transistor in which at least one transistor having the same characteristics as the transistor group is connected in parallel with the power transistor;
A control circuit for independently controlling the gate or base voltage of the power transistor and the monitor transistor,
The control circuit disables the operation of the power transistor in the test mode and can arbitrarily control the operation of the monitor transistor when the power transistor and an electrode other than the gate or base of the monitor transistor are connected in common. The gate or base voltage is controlled so that the power transistor can be operated in the normal mode, and the gate or base voltage is controlled so that the operation of the monitor transistor can be arbitrarily controlled. A method for measuring an on-resistance of a semiconductor device.
前記制御回路が当該半導体装置を前記テストモードにすることにより、前記モニタトランジスタのソース若しくはエミッタ電極とドレイン若しくはコレクタ電極間の電位を前記電圧測定手段により測定し、該測定結果に基づいて前記パワートランジスタとモニタトランジスタの合成オン抵抗Rを推定することを特徴とする請求項6に記載の半導体装置のオン抵抗測定方法。 Voltage measuring means for measuring the potential between the source or emitter electrode and the drain or collector electrode of the monitor transistor, and a constant current source for supplying current to the drain or collector electrode,
The control circuit sets the semiconductor device in the test mode so that the potential between the source or emitter electrode and the drain or collector electrode of the monitor transistor is measured by the voltage measuring unit, and the power transistor is based on the measurement result. 7. The method of measuring an on-resistance of a semiconductor device according to claim 6, wherein a combined on-resistance R of the monitor transistor is estimated.
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