DE10034262C1 - Halbleitervorrichtung mit Temperaturregelung, insb. geeignet für den Kfz-Bereich - Google Patents

Abstract

Die Erfindung betrifft eine Halbleitervorrichtung, bei welcher eine integrierte Schaltung (2) Dummy-Arbeitszyklen ausführt, um Wärme zu erzeugen, wenn die Temperatur der Halbleitervorrichtung unter einen unteren Grenzwert abfällt.

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft eine Halbleitervorrichtung mit wenigstens einer in einem Halbleiterbaustein realisierten integrierten Schaltung, einer Strom- bzw. Spannungsversor­ gung, einer Temperaturerkennungseinrichtung, die eine Tempe­ ratur des Halbleiterbausteins festzustellen vermag, und einer mit der Temperaturerkennungseinrichtung verbundenen Steuer­ einheit.

Halbleiterbausteine müssen bei verschiedenen Anwendungen auch unter niedrigen Temperaturen von bis zu -40°C betriebsfähig bleiben. Dies gilt beispielsweise für Halbleiterbausteine der Automobil-Elektronik, der Mobil-Datenübertragungs- und Kommu­ nikationstechnik und allgemein für Halbleiterbausteine, die im Außenbereich installiert sind.

Um dieser Forderung zu genügen, werden bisher in Halbleiter­ vorrichtungen Halbleiterbausteine so ausgestattet, daß diese die genannten tiefen Temperaturen von bis zu -40°C auszuhal­ ten vermögen und auch unter derart ungünstigen Bedingungen ein befriedigendes Betriebsverhalten zeigen. Mit anderen Wor­ ten, bisher werden Arbeitsbereich und "Performance" von in Halbleitervorrichtungen realisierten Halbleiterbausteinen so weit ausgedehnt, daß sie extrem niedrige Temperaturen auszu­ halten vermögen.

Eine andere Möglichkeit zur Gewährleistung eines befriedigen­ den Betriebsverhaltens auch unter extrem niedrigen Temperatu­ ren besteht darin, für diese niedrigen Temperaturen geeignete Halbleiterbausteine zu selektieren. Ein derartiges Vorgehen ist aber ziemlich aufwendig, da eine Überprüfung aller Halb­ leiterbausteine auf ihre Tauglichkeit für extrem niedrige Temperaturen zwingend erforderlich ist.

Es wäre nun wünschenswert, wenn Halbleitervorrichtungen be­ stehen würden, die extrem niedrige Temperaturen auszuhalten vermögen, ohne speziell an einen Betrieb unter diesen niedri­ gen Temperaturen angepaßt zu sein. Mit anderen Worten, Halb­ leitervorrichtungen, die mit ihrem Arbeitsbereich an Temperaturen bis etwa -10°C oder -20°C ange­ paßt sind, aber dennoch unter extremen Bedingungen auch tie­ fere Temperaturen bis zu -40°C aushalten können, wären von großem Vorteil.

Eine Anpassung an hohe Temperaturen durch Ändern des Betriebsmodus ist aus der DE 43 40 284 C1 bekannt.

Es ist daher Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine Halb­ leitervorrichtung mit Temperaturregelung zu schaffen, die auch Temperaturen bis zu -40°C und darunter aushalten kann, ohne an solch niedrige Temperaturen speziell angepaßt zu sein.

Diese Aufgabe wird bei einer Halbleitervorrichtung der ein­ gangs genannten Art erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß die Steuereinheit bei Unterschreiten eines unteren Grenzwertes durch die von der Temperaturerkennungseinrichtung festge­ stellte Temperatur die integrierte Schaltung Dummy-Arbeitszy­ klen ausführen läßt.

Mit anderen Worten, bei der erfindungsgemäßen Halbleitervor­ richtung ist vorzugsweise im Halbleiterbaustein eine Tempera­ turerkennungseinrichtung aus beispielsweise einer Diode vor­ gesehen, die bei Unterschreiten eines unteren Grenzwertes von beispielsweise 0°C oder -25°C die in dem Halbleiterbaustein realisierte integrierte Schaltung veranlaßt, Dummy-Arbeitszy­ klen, wie beispielsweise zusätzliche Refresh-Zyklen, einen sogenannten Self-Refresh bei einem Halbleiterspeicher, oder auch NOP (Nicht-Operation)-Zyklen, bei denen kein Arbeitspro­ gramm abläuft, durchzuführen. Durch diese Dummy-Arbeitszyklen wird bei Unterschreiten des unteren Grenzwertes der Tempera­ tur Wärme erzeugt, so daß der Halbleiterbaustein, in den vorzugsweise die integrierte Schaltung, die Temperaturerken­ nungseinrichtung und die Steuereinheit integriert sind, daran gehindert ist, mit seiner Temperatur unter die untere Grenz­ temperatur von beispielsweise -25°C abzufallen. Damit kann der Halbleiterbaustein auch in einer Umgebung von -40°C oder darunter eingesetzt werden, da seine Temperatur infolge der Dummy-Arbeitszyklen nicht unter ca. -25°C abfällt.

In einer Weiterbildung der Erfindung ist vorgesehen, daß als zusätzlicher Stromverbraucher ein mit der Steuereinheit ver­ bundener Oszillator vorgesehen ist, der bei Unterschreiten der unteren Grenztemperatur in Betrieb genommen wird, um so zusätzlich Wärme durch seinen Stromverbrauch zu erzeugen. Al­ lerdings wird durch einen solchen, nur zur Wärmeerzeugung dienenden Oszillator zusätzliche Fläche auf dem Chip des Halbleiterbausteines verbraucht.

Wird eine Diode als Temperaturerkennungseinrichtung herange­ zogen, so kann bei dieser zur Feststellung der Temperatur beispielsweise deren Sperr- oder auch Durchlaßwiderstand ge­ messen werden. Anstelle einer Diode können aber auch andere geeignete Bauelemente zur Temperaturerkennung herangezogen werden. Wichtig ist lediglich, daß die Temperaturerkennungs­ einrichtung ein Unterschreiten eines unteren Grenzwertes feststellt, so daß die mit der Temperaturerkennungseinrich­ tung verbundene Steuereinheit einen Wärmeerzeugungsprozeß durch Dummy-Arbeitszyklen in der integrierten Schaltung und/oder einem gesonderten Oszillator auszulösen vermag.

Temperaturerkennung mittels Dioden ist z. B. aus der DE 197 45 040 A1 bekannt.

Bei der erfindungsgemäßen Halbleitervorrichtung ist von we­ sentlichem Vorteil, daß der Arbeitsbereich einer in einem Halbleiterbaustein realisierten integrierten Schal­ tung nicht auf den Niedertemperaturbereich von bis zu -40°C ausgedehnt zu werden brauchen. Dadurch kann der Aufwand für die integrierte Schaltung bzw. den Halbleiterbaustein erheb­ lich vermindert werden. Aufwendige Selektionen von Halbleitervorrichtungen, die für den niedrigen Temperaturbereich von bis zu -40°C und darunter geeignet sind, können vermieden werden. Ebenso ist ein Testen von Halbleitervorrichtungen bzw. Halbleiterbausteinen auf ihre Tieftemperaturtauglichkeit nicht mehr erforderlich, da diese durch das Abarbeiten der Dummy-Arbeitszyklen ohnehin gegeben ist.

Nachfolgend wird die Erfindung anhand der Zeichnungen näher erläutert. Es zeigen:

Fig. 1 ein schematisches Schaltbild eines Ausführungsbei­ spiels der erfindungsgemäßen Halbleitervorrichtung und

Fig. 2 ein schematisches Diagramm einer Temperaturerken­ nungseinrichtung in Form einer Diode.

Fig. 1 zeigt einen Halbleiterbaustein 1 mit einer integrier­ ten Schaltung 2 aus beispielsweise einem Speicher 2a und ei­ ner Speicherlogik 2b, mit weiterhin einer Temperaturerken­ nungseinrichtung 4, einer mit der Temperaturerkennungsein­ richtung 4 verbundenen Steuereinheit 5 und gegebenenfalls (in Strichlinien gezeigt) einem Oszillator 6. Mit dem Halbleiter­ baustein 1 ist eine Strom- bzw. Spannungsversorgung 3 verbun­ den, die gegebenenfalls aber auch in dem Halbleiterbaustein 1 enthalten sein kann.

Die Temperaturerkennungseinrichtung 4 kann beispielsweise aus einer Diode 7 bestehen, deren Sperr- oder Durchlaßwiderstand mittels einer entsprechenden Meßeinheit 8 gemessen wird. Auf diese Weise kann aus der Kennlinie der Diode 7 auf die Tempe­ ratur in der Umgebung der Diode 7 geschlossen werden.

Unterschreitet die von der Temperaturerkennungseinrichtung 4 festgestellte Temperatur einen unteren Grenzwert von bei­ spielsweise -25°C, so läßt die mit der Temperaturerkennungseinrichtung 4 verbundene Steuereinheit 5 die integrierte Schaltung 2 Dummy-Arbeitszyklen ausführen, wodurch Strom bzw. Spannung von der Strom- bzw. Spannungsversorgung 3 verbraucht und damit Wärme erzeugt wird. Auf diese Weise kann verhindert werden, daß die Temperatur im Bereich des Halbleiterbaustei­ nes 1 auf Temperaturen wesentlich unterhalb -25°C abfällt, obwohl in der Umgebung beispielsweise -40°C vorliegen.

Der zusätzliche Aufwand für die Temperaturerkennungseinrich­ tung 4 und die Steuereinheit 5 ist relativ gering im Ver­ gleich zu dem Gewinn, der erzielt wird, da Performance und Arbeitsbereich des Halbleiterbausteines 1 nicht mehr auf Tem­ peraturen bis zu -40°C ausgelegt zu werden brauchen.

Gegebenenfalls kann zusätzlich ein Oszillator 6 auf dem Halb­ leiterbaustein 1 vorgesehen werden, welcher bei Unterschrei­ ten des unteren Grenzwertes der Temperatur Wärme erzeugt und so ein Absinken des Halbleiterbausteines auf Temperaturen un­ terhalb beispielsweise -25°C verhindert.

Bezugszeichenliste

1

Halbleiterbaustein

2

integrierte Schaltung

2

a Speicherzellenfeld

2

b Speicherlogik

3

Strom- bzw. Spannungsversorgung

4

Temperaturerkennungseinrichtung

5

Steuereinheit

6

Oszillator

7

Diode

8

Meßeinheit

Claims (5)

1. Halbleitervorrichtung mit wenigstens einer in einem Halbleiterbaustein (1) realisierten integrierten Schaltung (2), einer Strom- bzw. Spannungsversorgung (3), einer Tempe­ raturerkennungseinrichtung (4), die eine Temperatur des Halb­ leiterbausteines (1) festzustellen vermag, und einer mit der Temperaturerkennungseinrichtung (4) verbundenen Steuereinheit (5), dadurch gekennzeichnet, daß die Steuereinheit (5) bei Unterschreiten eines unteren Grenzwertes durch die von der Temperaturerkennungseinrichtung (4) festgestellte Temperatur die integrierte Schaltung (2) Dummy-Arbeitszyklen ausführen läßt.

2. Halbleitervorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die integrierte Schaltung (2), die Temperaturerkennungs­ einrichtung (4) und die Steuereinheit (5) in dem Halbleiter­ baustein (1) vorgesehen sind.

3. Halbleitervorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Halbleiterbaustein (1) zur Wärmeerzeugung einen zu­ sätzlichen Stromverbraucher (6) enthält.

4. Halbleitervorrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß der zusätzliche Stromverbraucher (6) ein mit der Steuer­ einheit (5) verbundener Oszillator ist.

5. Halbleitervorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Temperaturerkennungseinrichtung eine Diode (7) auf­ weist, deren Durchlaßwiderstand gemessen wird.