CN105938178A - 传感器装置及其检查方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供传感器装置及其检查方法，该传感器装置能够在不设置专用端子的情况下进行利用了自身发热的高温检查，抑制了测试焊盘追加所造成的芯片占有面积增大所带来的成本增加。传感器装置构成为具有切换输出驱动器的有源逻辑的有源逻辑切换电路，且将输出驱动器作为发热源而在检查步骤中切换输出驱动器的有源逻辑并且进行加热检查。

Description

传感器装置及其检查方法

技术领域

本发明涉及将从外部施加的物理量转换成2值的电压信号电平的传感器装置及其检查方法，涉及能够在不追加占有面积大的测试焊盘的情况下实施利用了自身发热的高温检查的传感器装置及其检查方法。

背景技术

关于半导体装置，为了在制造后确认其功能和特性满足产品规格的情况，而在晶片状态或者封装状态下进行检查。优选为，不仅在常温下进行检查，在一般容易引起特性变动或功能不全的高温状态下也进行检查，但在使周围温度上升而进行这样的高温检查时，需要引入装置和追加检查时间，导致成本增加。

以往，为了解决这样的课题而尝试了在常温状态下使芯片的结温度(junctiontemperature)上升而实施高温检查。

图11是现有的能够进行基于自身发热的高温检查的半导体装置的框图。现有的半导体装置1具有：电源端子2、接地端子3、输出端子4、测试端子100、以及连接于测试端子100的加热用电阻元件101。通过从测试端子100供给电压或者电流而使加热用电阻元件101发热，从而能够进行在使芯片的结温度上升的状态下使半导体装置动作的高温检查。

另外，图12是在专利文献1中公开的、能够进行基于自身发热的高温检查的半导体装置。半导体装置1具有：电源端子2、接地端子3、输出端子4、在检查时的测定中未被使用的端子102、以及连接于端子102的ESD保护元件等寄生PN结(PNjunction)103、104。在该结构中，通过从端子102向寄生PN结103或者寄生PN结104供给正向电流，从而使寄生PN结发热，能够进行在使芯片的结温度上升的状态下使半导体装置动作的高温检查。

这样，利用专用端子或在检查时的测定中未被使用的已有端子，而使内部元件利用自身发热来提高结温度而实施高温检查。另外，即使在能够在高温检查环境中生成的周围温度的上限未满足期望温度的情况下，也利用自身发热而成为比周围温度高的结温度，从而能够进行期望温度下的检查。

专利文献1：日本特开平10－135286号公报

发明内容

然而，在现有的半导体装置中，需要用于向发热元件供给电压或者电流的专用端子，或者需要向与在检查时的测定中未被使用的端子连接的ESD保护元件的寄生PN结供给电压或者电流。

在以磁开关为代表的三端子的传感器装置中，因为除了电源端子、接地端子、以及输出端子之外不具有其他端子，因此原本就不存在在检查时的测定中未被使用的端子，另外若要在芯片内新设置测试焊盘或加热用电阻元件，则使芯片面积增大，而存在产生成本上的缺点的课题。

另外，在三端子封装中，存在不能设置用于进行封装状态下的加热测试的专用端子的课题。

为了解决现有的课题，本发明的传感器装置采用如下的结构。

传感器装置根据施加到传感器元件的物理量，切换输出驱动器的导通与截止，该传感器装置构成为具有切换输出驱动器的有源逻辑的有源逻辑切换电路，该传感器装置将输出驱动器作为发热源而在检查步骤中切换输出驱动器的有源逻辑并且进行加热检查。

根据本发明，能够提供如下这样的传感器装置：该传感器装置具有有源逻辑切换电路，该有源逻辑切换电路切换输出驱动器的有源逻辑，通过将输出驱动器作为加热用元件来使用，能够在不新设置专用端子或加热用元件的情况下进行利用了自身发热的高温检查，抑制了测试焊盘追加所造成的芯片面积增大所带来的成本增加。

附图说明

图1是本发明的传感器装置的框图。

图2是表示与本发明的传感器装置相关的第一状态的磁电转换特性的图。

图3是表示与本发明的传感器装置相关的第二状态的磁电转换特性的图。

图4是表示与本发明的传感器装置相关的输出驱动器电流和消耗功率的输出电压依赖的图。

图5是表示与本发明的传感器装置相关的传感器特性的温度依赖的图。

图6是表示本发明的传感器装置的检查时的测定电路的图。

图7是示出本发明的传感器装置的检查流程的一例的流程图。

图8是示出本发明的传感器装置的有源逻辑切换电路的一例的电路图。

图9是示出本发明的传感器装置的有源逻辑切换电路的其他例子的电路图。

图10是示出本发明的传感器装置的动作的时序图。

图11是示出现有的能够进行高温检查的半导体装置的一例的框图。

图12是示出现有的能够进行高温检查的半导体装置的其他例子的框图。

标号说明

5：传感器电路；6：有源逻辑切换电路；7：输出驱动器；10：激光微调保险丝；11：下拉(pull-down)元件。

具体实施方式

以下参照附图对本发明的传感器装置进行说明。

图1是表示本发明的传感器装置的概念的框图。传感器装置根据施加于传感器元件的物理量而切换输出驱动器7的导通状态与截止状态。

本发明的传感器装置1具有：电源端子2、接地端子3、输出端子4、传感器电路5、有源逻辑切换电路6、以及输出驱动器7。

在本实施方式中，将传感器装置1作为交变检测型的磁传感器电路进行说明。

传感器电路5根据被输入的匝连磁通密度的极性和大小而输出传感器输出逻辑信号8。有源逻辑切换电路6根据切换状态将被输入的传感器输出逻辑信号8转换成正逻辑或者负逻辑，而输出为驱动器控制信号9。关于输出驱动器7，栅极被输入驱动器控制信号9，漏极借助与输出端子4连接的电阻被上拉(pull-up)。关于输出驱动器7，当驱动器控制信号9为“高电平”时为导通状态，从输出端子4输出“低电平”，当驱动器控制信号9为“低电平”时为截止状态，从输出端子4输出“高电平”。

图2是表示本发明的传感器装置的第一状态下的磁电转换特性的图。Bin表示施加的磁通密度，Vout表示当在芯片外部上拉输出端子4的情况下输出的输出电压。有源逻辑切换电路6被设定为在第一状态下根据磁通密度成为图示的输出逻辑。

图3是表示本发明的传感器装置的第二状态下的磁电转换特性的图。有源逻辑切换电路6被设定为在第二状态下的输出逻辑相对于在第一状态下的输出逻辑翻转。

图4是表示输出驱动器的导通状态下的输出电流和消耗功率的输出电压依赖的图。当通常使用时，如以负载线L所示那样，因为在通过与外部连接的上拉电压VPU和上拉电阻RPU来进行了电流限制的状态下使用，因此输出电压不会超过饱和电压VDSAT。因此，输出驱动器7进行电阻区域动作而作为电阻体发挥作用。另一方面，若在检查时从外部施加输出电压，且施加的输出电压超过饱和电压VDSAT，则输出驱动器7成为饱和区域(恒流)动作，而流过由构成输出驱动器7的晶体管的W/L比和跨导系数决定的恒定输出电流IOM。此时输出驱动器7的消耗功率(即发热量)为Pd＝VOUT·IOM，能够由从外部施加的输出电压VOUT的大小来控制芯片的发热量。

图5是表示与本发明的传感器装置相关的传感器特性的温度依赖的图。图5的(a)是第一状态。因为在Bin＜BOP时输出驱动器7是截止状态(相当于输出电压“高电平”)且不流过电流，对于芯片来说，因为输出驱动器7没有自身发热，因此结温度Tj与周围温度Ta基本相等。当施加S极磁场而成为Bin＞BOP时，输出驱动器7导通(相当于输出电压“低电平”)。此时，测定Tj＝Ta时的BOP。

对于芯片来说，输出驱动器7在导通状态下发热而被加热，经过由依赖于周围的环境的热电阻与热电容的乘积所表示的时间常数所决定的时间，而结温度Tj成为Ta+θ·Pd。在此，θ是依赖于芯片和周围环境的热电阻，Pd是输出驱动器7的消耗功率。

接着，当施加N极磁场而成为Bin＜BRP时，输出驱动器7成为截止状态(相当于输出电压“高电平”)。此时，测定Tj＝Ta+θ·Pd时的BRP。

图5的(b)是第二状态。在Bin＜BOP时，输出驱动器7是导通状态，对于芯片来说，因为输出驱动器7发热，因此Tj＝Ta+θ·Pd。当施加S极磁场而成为Bin＞BOP时，输出驱动器7截止(相当于输出电压“高电平”)。此时，测定Tj＝Ta+θ·Pd时的BOP。因为在驱动器截止状态下输出驱动器7不发热，因此芯片被周围气氛冷却，经过由依赖于芯片和周围的环境的热电阻与热电容的乘积所表示的时间常数所决定的时间，结温度Tj成为Ta。之后，当施加N极磁场而成为Bin＜BRP时，输出驱动器7导通(相当于输出电压“低电平”)。此时，测定Tj＝Ta时的BRP。

在此，Pd＝VOUT·IOM，若变形Tj的公式，则表示为VOUT＝(Tj－Ta)/(θ·IOM)＝ΔT/(θ·IOM)。例如，若Tj＝125℃、Ta＝25℃、θ＝0.2℃/mW、IOM＝50mA，则赋予输出电压VOUT为10V。另外，若Tj＝150℃、Ta＝85℃、θ＝0.2℃/mW、IOM＝50mA，则赋予输出电压VOUT为6.5V。该输出电压VOUT是能够施加到输出端子4的额定电压，从而能够上升的芯片的温度的上限被限制。

如以上说明的那样，通过切换第一状态和第二状态并且扫描输入磁通密度，能够测定结温度Tj为Ta时和Ta+θ·Pd时的传感器磁特性BOP和BRP。

图6是表示本发明的传感器装置的检查时的测定电路的图。电源端子2连接于电源200，输出端子4连接于输出电压电源201和电流计202。电源200向传感器装置供给动作用的电源电压。输出电压电源201向输出驱动器7供给加热用的电压。电流计202监视加热电流来调节输出电压电源201的输出电压。对在电流计202中是流过电流还是截断电流进行监视，能够判定输入磁通密度Bin是否超过BOP或BRP。

图7是示出本发明的传感器装置的检查流程的一例的流程图。根据这样的检查流程，能够测定结温度Tj为Ta和Ta+θ·Pd时的传感器磁特性BOP、BRP。以下使用图说明用于实现该检查流程的传感器装置的电路例。

图8是示出本发明的传感器装置的有源逻辑切换电路6的一例的电路图。

图8的有源逻辑切换电路6具有：激光微调保险丝10、下拉元件11、晶体管21～30、以及反相器37。激光微调保险丝10、下拉元件11串联连接于电源端子2与接地端子3之间，该中点电压是有源逻辑切换信号12。激光微调保险丝10能够在晶片检查步骤中被激光微调装置熔断。当下拉元件11的电阻值相对于激光微调保险丝10的电阻值充分小时，有源逻辑切换信号12在激光微调保险丝10熔断前的状态下为“高电平”，在熔断后的状态下为“低电平”。

在此，晶体管21～30和反相器37构成异或逻辑电路40，其输入的一方与传感器输出逻辑信号8连接，另一方与有源逻辑切换信号12连接，其输出与驱动器控制信号9连接。在激光微调保险丝10熔断前的状态下，驱动器控制信号9输出为传感器输出逻辑信号8的正逻辑(与第一状态对应)，在激光微调保险丝10熔断后的状态下，驱动器控制信号9输出为传感器输出逻辑信号8的负逻辑(与第二状态对应)。

这样，在用激光熔断激光微调保险丝10的前后，能够切换驱动器控制信号9的正负。如前所述，有源逻辑切换电路6从第一状态被切换到第二状态，且切换驱动器控制信号9的正负，从而能够测定结温度Tj为Ta和Ta+θ·Pd时的传感器特性BOP和BRP。

图8的有源逻辑切换电路6构成为将激光微调保险丝10、下拉元件11分别与电源端子2侧、接地端子3侧连接，从而使有源逻辑切换信号12在熔断前为“高电平”、在熔断后为“低电平”，但也可以构成为将激光微调保险丝10、下拉元件11分别与接地端子3侧、电源端子2侧连接，从而使有源逻辑切换信号12在熔断前为“低电平”、在熔断后为“高电平”。

另外，也可以代替下拉元件11而使用将栅极端子连接到接地端子3的耗尽型晶体管。因为晶体管21～30和反相器37是逻辑门，因此以使用的制造工艺的最小尺寸晶体管实现即可，显然能够以远小于追加测试焊盘所需要的占有面积(通常100μm×100μm左右)的安装面积来实现。

图9是示出本发明的传感器装置的有源逻辑切换电路6的其他例子的电路图。

图9的有源逻辑切换电路6具有：N型增强型晶体管31～33、P型增强型晶体管34～35、N型耗尽型晶体管36、反相器37、与门(AND gate)38、D型触发器39、以及异或门(EXOR gate)40。虽未图示，但在D型触发器39设置有复位端子，电源起动后的初始内部状态为“低电平”。

图10是示出图9所示的有源逻辑切换电路6的动作的时序图。

关于N型耗尽型晶体管36，栅极与接地端子连接，且作为恒流源动作。P型增强型晶体管34～35作为电流镜电路动作，且向晶体管31～33供给使在N型耗尽型晶体管36中生成的微小的恒流成为规定的系数倍的电流。关于晶体管31～33，当与电源端子2连接的晶体管31的栅极电压比3·VTH低时截止。

在此，将3·VTH设定为比传感器装置通常使用的电源电压的上限高、且比构成传感器装置的晶体管的额定电压低。此时，反相器37的输入信号43为“高电平”，反相器37的输出信号即高电压检测信号41是“低电平”。与门38的输出即切换CLK信号42不依赖于传感器输出逻辑信号8而始终是“低电平”，不向D型触发器39的CLK端子输入CLK信号，且与异或门40的一方的输入连接的有源逻辑切换信号12是“高电平”。在该状态下，异或门40的输出即驱动器控制信号9输出为传感器输出逻辑信号8的正逻辑(与第一状态对应)。

接着，若晶体管31的栅极电压超过3·VTH，则晶体管31～33导通，反相器37的输入信号43为“低电平”。此时，高电压检测信号41为“高电平”，切换CLK信号42与传感器输出逻辑信号8相等。在此，通过以成为Bin＞BOP的方式扫描施加磁通密度，若使传感器输出逻辑信号8从“高电平”迁移到“低电平”并且使切换CLK信号42从“高电平”迁移到“低电平”，则向D型触发器39的CLK端子输入下降沿CLK信号。

此时，D型触发器39使内部状态从“低电平”(Q＝“低电平”/QX＝“高电平”)切换到“高电平”(Q＝“高电平”/QX＝“低电平”)，使与异或门40的一方的输入连接的有源逻辑切换信号12从“高电平”切换到“低电平”。在该状态下，异或门40的输出即驱动器控制信号9输出为传感器输出逻辑信号8的负逻辑(与第二状态对应)。

这样，能够利用施加到电源端子2的电压和施加磁通密度Bin切换输出驱动器7的有源逻辑。为了使有源逻辑切换电路6从第二状态恢复到原来的第一状态，同样通过在使电源端子2的电压超过3·VTH的状态下以成为Bin＞BOP的方式扫描磁场，从而使传感器输出逻辑信号8从“高电平”迁移到“低电平”即可。

如前所述，有源逻辑切换电路6从第一状态被切换到第二状态，且切换驱动器控制信号9的正负，从而能够测定结温度Tj为Ta和Ta+θ·Pd时的传感器特性BOP、BRP。

在图9的电路中，使N型增强型晶体管31～33成为3级纵向排列的结构，但鉴于传感器通常使用的电源电压的范围或晶体管的额定电压，也可以成为任意的级数，在成为n级纵向排列的情况下的高电压检测的阈值为n·VTH。

另外，虽然使用N型增强型晶体管，但也可以使用P型增强型晶体管。

另外，作为恒流源使用将栅极端子与接地端子3连接的耗尽型晶体管，但如果能够生成微小的恒流，则也可以使用其他恒流电路。

另外，为了保持有源逻辑切换状态而使用D型触发器，但也可以使用T型或JK型等其他触发器来适当地变更前后的门结构。

这样，能够提供如下这样的传感器装置：该传感器装置设置有电源端子2、接地端子3、输出端子4、传感器电路5、有源逻辑切换电路6、以及输出驱动器7，且将输出驱动器7作为发热元件使用，从而能够在不设置专用端子的情况下进行利用了自身发热的高温检查，抑制了新装置的引入、检查时间的增大、测试焊盘追加所造成的芯片占有面积增大所带来的成本增加。

在说明书中的实施方式中，对使用了激光微调保险丝的有源逻辑切换电路、使用了高电压检测电路的有源逻辑切换电路进行了说明，但能够在不脱离本发明的主旨的范围内应用各种切换电路。

另外，在实施方式中，在有源逻辑切换电路中使用异或门，但也可以使用基于多个并联传输门的选择电路。

另外，在说明书的实施方式中作为交变检测型磁开关说明了传感器电路5，但既可以是其他2值输出的磁传感器例如单极检测型磁开关、两极检测型磁开关，也可以应用于其他2值输出的物理量传感器例如电流开关、加速度开关或照度开关。

在本说明书中对发明的优选实施方式进行了说明，但上述说明是本发明的原理的单纯的例示，因此本领域技术人员能够在不脱离本发明的范围和主旨的情况下进行各种变更。

Claims (4)

1.一种传感器装置，其由具有电源端子、接地端子及输出端子这3端子的半导体装置构成，且根据施加到传感器元件的物理量，切换输出驱动器的导通状态与截止状态，该传感器装置的特征在于，

该传感器装置具有：

传感器电路，其根据所述物理量的大小，输出2值的传感器输出逻辑信号；以及

有源逻辑切换电路，其被输入所述传感器输出逻辑信号，对输出驱动器的导通状态与截止状态进行切换控制，

所述有源逻辑切换电路根据在内部生成的有源逻辑切换信号，切换被输入的所述传感器输出逻辑信号的逻辑。

2.根据权利要求1所述的传感器装置，其特征在于，

所述有源逻辑切换电路具有逻辑电路，该逻辑电路被输入所述传感器输出逻辑信号和所述有源逻辑切换信号。

3.根据权利要求2所述的传感器装置，其特征在于，

所述有源逻辑切换电路具有：

高电压检测电路，其利用所述电源端子的电压，切换输出所述有源逻辑切换信号；以及

所述逻辑电路，其具有触发器电路，该触发器电路根据所述传感器输出逻辑信号的迁移，保持所述高电压检测电路输出的所述有源逻辑切换信号。

4.一种传感器装置的检查方法，该传感器装置是权利要求1至3中任意一项所述的传感器装置，该检查方法的特征在于，

该检查方法包括如下步骤：

向所述电源端子施加第一电压且向所述输出端子施加第二电压，而将所述传感器装置设定成第一状态；

在所述第一状态下使所述物理量增加，测定由于检测到所述物理量而所述输出驱动器的输出翻转时的所述物理量；

在所述第一状态下使所述物理量减少，测定由于检测不到所述物理量而所述输出驱动器的输出翻转时的所述物理量；

向所述电源端子施加比第一电压高的第三电压，而将所述传感器装置设定成第二状态；

在所述第二状态下使所述物理量增加，测定由于检测到所述物理量而所述输出驱动器的输出翻转时的所述物理量；以及

在所述第二状态下使所述物理量减少，测定由于检测不到所述物理量而所述输出驱动器的输出翻转时的所述物理量。