CN1961419A - 半导体装置和电子装置 - Google Patents

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Abstract

在半导体装置中，减轻发热和功率损耗的问题，并保护半导体装置因过流而发生故障。半导体装置(10)有具有大电流输出的IC芯片(20)，测量用端子(Pw1)通过金布线电连接到IC芯片(20)内的第1焊盘(Pi1)，并将金布线的阻抗(Rp1)产生的电位差与规定的阈值比较，从而在电位差超过了规定的阈值的情况下，进行使PMOS型晶体管(Q1)截止的动作。

Description

半导体装置和电子装置
技术领域
本发明涉及半导体装置和电子装置，特别涉及内置IC芯片，并将IC芯片侧的焊盘和IC的外部端子用键合线(以下，简称为‘线’)电连接的半导体装置和搭载了该半导体装置的电子装置。
背景技术
目前，在各种各样的电子设备的内部装入很多半导体部件。半导体部件实际上有许多用途，根据用途，在严酷的环境下被使用，或在从外部容易接触的条件下被利用。这样的情况下，例如，因产生短路等不适状况，有时在半导体部件中流过比通常预定的电流过大的电流。这样的情况下，在半导体部件中的一部分上，发生开路、短路等不适合状况，进而因这种故障，有可能对外部的电路或装置产生不良影响。为了消除这种问题，已知对于输出端子等和负载、电源及接地之间的短路等产生时的过电流，设置用于检测该电流的电阻元件，对电路进行保护的技术(专利文献1、2)。
专利文献1：特开平5-268724号公报
专利文献2：特公平6-54865号公报
发明内容
根据专利文献1和专利文献2，为了保护半导体部件内的元件和电路，使用用于检测电流的电阻元件，当然存在因该电阻元件产生的发热和功率损耗的问题。
发明人基于以上的认识而完成了本发明，其目的在于，提供将发热和功率损耗的问题减轻的半导体装置和电子装置。
本发明的一个方案涉及半导体装置，该装置有IC芯片，该IC芯片包括过电流保护电路，该过电流保护电路包括：与输入用外部端子连接的第1焊盘；通过有规定的电阻分量的布线而与该第1焊盘电连接，不与任何外部端子连接的测量用端子；连接到输出用外部端子的第2焊盘；使测量用端子和所述第2焊盘之间的电连接导通/截止的开关电路；以及在第1焊盘和测量用端子之间的电位差超过了规定值时使该开关电路截止的比较器。此外，本发明的半导体装置除了比较器以外，也可以包括按照规定的逻辑控制而使开关电路导通/截止的控制单元。
根据这种方案，在由规定的布线具有的电阻分量产生的电位差比预定的值大的情况下，通过使开关电路截止，可以保护半导体装置而避免过电流造成的故障。其结果，容易抑制被连接到半导体装置的外部设备的诱发故障。此外，通过取代连接电阻或线电阻等的偏差容易受到影响的外装电阻、或电阻值偏差大的扩散电阻，而利用规定的布线具有的电阻分量，从而可使发热和功率损耗的问题减轻。
本发明的半导体装置的测量用端子也可以是焊盘。此外，IC芯片形成后，在该IC芯片的外部也可以形成布线。这样，通过将第1焊盘和测量用端子之间的布线形成在外部，可以维持IC芯片的现状特性，即使在布线形成后，特性也稳定。该外部布线也可以用金形成。即，通过使用金布线来代替铝布线，可以减轻长期使用造成的腐蚀和迁移(migration)的问题，可以实现高可靠性。本发明的半导体装置也可以具有多个共有第2焊盘的过电流保护电路。
本发明的其他方案涉及电子装置。该装置包括上述半导体装置和由该半导体装置形成的H电桥电路等的电机驱动器电路驱动的规定的负载装置。这里，负载装置指通过利用半导体装置用作电机等、例如电力供给而动作的装置。
本发明的电子装置也可以用作车辆搭载，同时根据对车辆的负载装置所估计的故障而确定所述规定值。这种情况下，能够将所述电子装置和半导体装置的优点作为车辆搭载的电子设备来享受。车辆一般是使用环境严酷，或要求标准严格，所以本发明的电子装置的用作车辆搭载的应用是有效的。
根据本发明，能够提供使长期的可靠性提高、将发热和功率损耗的问题减轻的半导体装置和电子装置。
附图说明
图1是表示实施方式1的第1电子装置的结构的图。
图2是表示第1焊盘和第2焊盘等通过金布线而被电连接的状态的外观的图。
图3是表示实施方式2的第2电子装置的结构的图。
标号说明
10半导体装置
20IC芯片
22控制电路
30过电流保护电路
31负载装置
40第1电子装置
50第2电子装置
Pi1、Po3第1焊盘
Pw1、Pw2测量用端子
Po1第2焊盘
Pi2输入用外部端子
Po2、Po4输出用外部端子
Wi1、Wo1、Wo2键合线
Lg金布线
C1、C2、C3、C4比较器
Q1、Q3PMOS型晶体管
Q2、Q4NMOS型晶体管
具体实施方式
(实施方式1)
图1是表示实施方式1的第1电子装置40的结构的图。第1电子装置40包括半导体装置10和负载装置31。该结构是对线圈或电机等的负载装置31进行驱动的电路，为了实现用于该电路的通常动作而具有控制电路22。但是，半导体装置10除了其通常动作以外，作为过电流对策还具有将另外途径的电流断路的功能。半导体装置10例如用作车辆搭载，在酷暑或严寒等严酷的环境下被使用，或在下雨或下雪等中经常被暴露的情况下，有时负载装置31发生短路故障。而且，在后述的输出用外部端子Po2产生与其他输出用端子、电源及接地等的短路的情况下，电阻极大地下降，过电流持续流过负载装置31，其结果，负载装置31等发热，对其可靠性产生影响，所以保护半导体装置10而避免这样产生的过电流是有意义的。
半导体装置10对外部的负载装置31供给电力。半导体装置10有作为引线端子的输入用外部端子Pi2和输出用外部端子Po2，在输入用外部端子Pi2上连接作为电源的电池BAT，例如被供给4.5V的输入电压Vi。从输出用外部端子Po2，对负载装置31供给例如3.0V的输出电压Vo。
半导体装置10例如有构成串联调节器的IC芯片20，该IC芯片20的细节后面论述，但包括过电流保护电路30、“或”门S1和控制电路22。过电流保护电路30包括第1焊盘Pi1、测量用端子Pw1、第2焊盘Po1、阻抗Rp1、比较器C1、PMOS型晶体管Q1。半导体装置10对内部的IC芯片20通过输入线Wi1而提供输入电压Vi，通过输出线Wo1而从IC芯片20获得输出电压Vo。
以下，说明IC芯片20的结构。IC芯片20具有：从电源将输入电压Vi输入的第1焊盘Pi1、输出作为控制的目标的输出电压Vo的第2焊盘Po1、通过金布线与第1焊盘Pi1电连接并不与任何外部端子进行线连接的测量用端子Pw1。将利用金布线产生的电阻分量作为阻抗Rp1而示意地图示。另一方面，在测量用端子Pw1和第2焊盘Po1之间，连接有PMOS型晶体管Q1。这里，测量用端子Pw1为了在晶片状态下确认阻抗Rp1的值或后述的比较器C1的动作而设有焊盘。再有，测量用端子Pw1不一定为焊盘也可以。
控制电路22作为通常的动作，在半导体装置10或负载装置31中流过电流的情况下，输出相当于低电平的‘0’，在未流过的情况下，输出相当于高电平的‘1’。除了这样的通常的动作以外，为了实施过电流对策，在IC芯片20内部设置比较器C1和“或”门S1，与控制电路22组合使用。
比较器C1将设置在第1焊盘Pi1和测量用端子Pw1之间的金布线的阻抗Rp1所产生的电位差与规定的阈值比较，从而在超过了阈值的情况下进行使PMOS型晶体管Q1截止的动作。具体地说，比较器C1在将PMOS型晶体管Q1截止的情况下输出‘1’，在导通的情况下输出‘0’。再有，也可以为用户根据使用环境或要求标准等而决定阈值的结构。
此外，阈值也可以是对各种各样的故障进行估计而确定的值。例如，搭载于车辆的线圈等的负载装置31发生短路故障的情况下，由负载装置31的几个部分发生短路而确定上述值。在估计所有部分发生短路故障的情况下，负载装置31的电阻值极大地下降，其结果，由于半导体装置10流过的电流的值非常大，所以例如如果被认为通常流过的电流的最大值为1A(安培)，则将由其3倍的3A(安培)的值计算的电位差确定为阈值就可以。在不是上述这样，估计一部分发生短路故障的情况下，负载装置31的电阻值多少有些下降，其结果，由于半导体装置10中流过的电流的值多少有些增大，所以例如如果被认为通常流过的电流的最大值为1A(安培)，则将由其1.5倍的1.5A(安培)的值计算的电位差作为阈值，与前面的例子相比，也可以被严格地确定。
“或”门S1将从比较器C1输出的信号和从控制电路22输出的信号进行“或”，并输出到PMOS型晶体管Q1。由于比较器C1的输出通常为‘0’，所以只要不检测过电流，对控制电路22的通常动作没有影响。但是，在发生了过电流的情况下，因金布线的阻抗Rp1产生的电位差比规定的阈值大，比较器C1的输出变成‘1’，所以控制电路22的输出被忽视，PMOS型晶体管Q1被强制地截止。
根据以上的结构，可以保护半导体装置10而避免过电流造成的故障。而且，可以抑制因半导体装置10的故障产生的诱发外部的负载装置31的故障。特别是在用于车辆搭载的第1电子装置40的情况下，车辆一般来说使用环境严酷或要求标准严格，所以更有效。
图2是表示第1焊盘Pi1和测量用端子Pw1通过金布线Lg而电连接的状态的外观的图。在IC芯片20形成后，在该IC芯片20的外部形成金布线Lg。以下，对与图1相同的结构赋予相同标号并省略相应说明。
对于金布线Lg，通过调整其长度或宽度，可以将阻抗Rp1的值调整到期望的值。此外，取代利用电阻元件或铝布线的阻抗，通过利用金布线Lg的阻抗Rp1，可以减轻发热和功率损耗的问题，通过使用金布线Lg来取代铝布线，可以减轻长期使用造成的腐蚀和迁移的问题，可以实现高可靠性。
此外，如该图所示，通过将第1焊盘Pi1和测量用端子Pw1间的金布线Lg形成在IC芯片20的外部，可以原样维持IC芯片20的现状的特性来形成，所以可以使用以往的特性进行设计。
(实施方式2)
图3表示实施方式2的第2电子装置50的结构。该第2电子装置50是电机驱动器的输出级。以下，对与实施方式1相同的结构赋予相同标号并省略相应说明。本实施方式与实施方式1的不同是，存在四个晶体管，使用这些晶体管构成H电桥电路。第1PMOS型晶体管Q1的配置与实施方式1相同。在IC芯片20内，将具有PMOS型晶体管Q1的第1过电流保护电路30a和具有NMOS型晶体管Q2的第2过电流保护电路30b电连接，以使PMOS型晶体管Q1的漏极和NMOS型晶体管Q2的漏极共用。其结果，第2过电流保护电路30b可以共有第1过电流保护电路30a内的第2焊盘Po1，通过被线连接到第2焊盘Po1的输出用外部端子Po2控制对负载装置31、这里是对线圈的一端施加的电压。如上述那样，通过将第1过电流保护电路30a和第2过电流保护电路30b组合构成的两组电路如该图所示进一步组合，可以构成H电桥电路。这里，在上述两组电路中，一方的电路包括第3过电流保护电路30c和第4过电流保护电路30d。这些第3过电流保护电路30c、第4过电流保护电路30d的结构分别与第1过电流保护电路30a、第2过电流保护电路30b的结构相同。
来自第1过电流保护电路30a的比较器C1的信号被输入到“或”门S1，来自第2过电流保护电路30b的比较器C2的信号被反相电路24反相并输入到“与”门S2。同样地，来自第3过电流保护电路30c的比较器C3的信号被输入到“或”门S3，来自第4过电流保护电路30d的比较器C4的信号中途被反相电路24反相并输入到“与”门S4。来自控制电路22的信号被输入到“或”门S1、“与”门S2、“或”门S3和“与”门S4。
第2过电流保护电路30b的第1焊盘Po3、测量用端子Pw2、金布线的阻抗Rp2、输出线Wo2和输出用外部端子Po4分别相当于第1过电流保护电路30a中的第1焊盘Pi1、测量用端子Pw1、金布线的阻抗Rp1、输入线Wi1和输入用外部端子Pi2。但是，相对于在第1过电流保护电路30a中，从输入用外部端子Pi2通过输入线Wi，在第1焊盘Pi1中流过电流，在第2过电流保护电路30b中，以输出用外部端子Po2、第2焊盘Po1、第1焊盘Po3、输出用外部端子Po4的顺序，中途通过输出线Wo2流过电流。
以下，说明图3的第2电子装置50内的第2过电流保护电路30b的动作。“与”门S2将从比较器C2输出的信号和从控制电路22输出的信号进行“与”，并输出到NMOS型晶体管Q2。比较器C2的输出通常为‘0’，中途被反相电路24反相为‘1’，并被输入到“与”门S2。由此，只要不检测过电流，对控制电路22的通常动作没有影响。但是，在发生了过电流的情况下，因金布线的阻抗Rp2产生的电位差比规定的阈值大，比较器C2的输出为‘1’，即，输入到“与”门S2的信号变成‘0’，所以控制电路22的输出被忽视，NMOS型晶体管Q2被强制地截止。第4过电流保护电路30d进行与第2过电流保护电路30b同样的动作。
在发生了过电流的情况下，比较器C1可使第1过电流保护电路30a中的PMOS型晶体管Q1截止，比较器C2可使第2过电流保护电路30b中的NMOS型晶体管Q2截止，在由这些电路构成的H电桥电路中，在哪个路径中，都能够将过电流断路。
由此，可以避免过电流持续流过半导体装置10或负载装置31(这里为线圈)，元件发生故障的问题。特别是具有H电桥电路的用于车辆搭载的第2电子装置50大多对负载装置31流过某一程度的电流，必然考虑将过电流断路。因此，将实施方式1的过电流断路的过电流保护电路30组合四个并应用于H电桥电路是更有效的，该第2电子装置50照样能够享受实施方式1的优点。
以下，根据实施方式说明了本发明。但这些实施方式是例示，本领域技术人员应理解各种各样的变形例是可能的，而这样的变形例也在本发明的范围内。
下面说明这样的变形例。例如，在实施方式1中，使用了PMOS型晶体管，但也可以是NMOS型晶体管。在实施方式2中，在第1过电流保护电路30a中使用了PMOS型晶体管，在第2过电流保护电路30b中使用了NMOS型晶体管，但也可以在第1过电流保护电路30a中使用NMOS型晶体管，在第2过电流保护电路30b中使用PMOS型晶体管，也可以在双方中使用PMOS型晶体管，或则在双方中使用NMOS型晶体管。在实施方式中，使用了MOS晶体管，但晶体管也可以是双极晶体管。
作为实施方式说明了串联调节器及H电桥电路。作为其他变形例，电子装置也可以包括开关调节器、电荷泵式调节器等其他调节器。此外，也可以是驱动三相电机的电机驱动器电路。
此外，在实施方式1和实施方式2中，说明了将IC芯片侧的焊盘和IC的外部端子用线连接的半导体装置。但是，半导体装置也可以是封装了实现高密度的倒装芯片的半导体装置。由此，寻求更小型化、高功能化的照相机或携带电话等电子设备通过封装了上述倒装芯片的半导体装置，可以享受由实施方式1和实施方式2记述的同样的效果。
工业上的利用可能性
根据本发明，可以提供使长期的可靠性提高、减轻发热和功率损耗的问题的半导体装置和电子装置。

Claims (8)

1、一种半导体装置，在具有IC芯片的半导体装置中，所述IC芯片包括过电流保护电路，其特征在于，该过电流保护电路包括：
与输入用外部端子连接的第1焊盘；
通过具有规定的电阻分量的布线而与所述第1焊盘电连接，不与任何外部端子连接的测量用端子；
连接到输出用外部端子的第2焊盘；
使所述测量用端子和所述第2焊盘的电连接导通/截止的开关电路；以及
在所述第1焊盘和所述测量用端子之间的电位差超过了规定值时使所述开关电路截止的比较器。
2.如权利要求1所述的半导体装置，其特征在于，除了所述比较器以外，还包括按照规定的逻辑控制而使所述开关电路导通/截止的控制单元。
3.如权利要求1或2所述的半导体装置，其特征在于，所述测量用端子为焊盘。
4.如权利要求1至3任何一项所述的半导体装置，其特征在于，在所述IC芯片形成后，在该IC芯片的外部形成所述布线。
5.如权利要求4所述的半导体装置，其特征在于，所述布线用金形成。
6.如权利要求1至5任何一项所述的半导体装置，其特征在于，具有多个共有所述第2焊盘的所述过电流保护电路。
7.一种电子装置，其特征在于，包括：
权利要求2至6任何一项所述的半导体装置，以及
由该半导体装置形成的H电桥电路所驱动的规定的负载电路。
8.如权利要求7所述的半导体装置，其特征在于，
将该半导体装置用作车辆搭载，同时根据对所述车辆的所述负载装置所估计的故障而确定所述规定值。
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