JP2000307403A - 半導体スイッチ素子チップの温度検出構造および温度検出装置並びに半導体リレー - Google Patents
半導体スイッチ素子チップの温度検出構造および温度検出装置並びに半導体リレーInfo
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Abstract
ップの小型化を図る。 【解決手段】 温度の変化に対して負の線形性の温度電
圧特性を有するダイオード41を温度検出用の素子とし
てパワーMOS32と同一の半導体チップ30上に形成
すると共に、ダイオード41の両端子に接続されるロー
パスフィルタを構成する抵抗42とコンデンサ43とを
形成する。このローパスフィルタにより電磁傷害として
の高周波の外来ノイズが除去されるから、ノイズに起因
する誤動作を防止することができる。コンデンサ43
は、通常何も形成されないボンディングパッドの下に、
ゲート酸化膜を電極で挟持するよう形成する。この結
果、チップの小型化を図ることができる。
Description
子チップの温度検出構造および温度検出装置並びに半導
体リレーに関し、詳しくは、半導体スイッチ素子が形成
されたチップ上に形成され該チップの温度を検出可能な
温度検出構造および半導体スイッチ素子が形成されたチ
ップの温度を検出する温度検出装置並びに半導体スイッ
チ素子が形成されたチップの温度に基づいてオン状態の
該半導体スイッチ素子をオフする半導体リレーに関す
る。
リレー出力端間に接続された半導体スイッチ素子近傍に
温度検出素子を設け、この温度検出素子からの信号によ
って半導体スイッチ素子をオフするものが提案されてい
る(例えば、特開平10−233669号公報など)。
この半導体リレーでは、温度検出素子として負の温度−
電圧特性をもつダイオードを用いており、このダイオー
ドの電圧降下が低くなると、半導体スイッチ素子がオフ
されるよう構成されている。即ち、半導体スイッチ素子
に大電流が流れてその温度が上昇すると、ダイオードの
電圧降下が低くなって、半導体スイッチ素子がオフされ
るのである。この構造を採ることにより、半導体スイッ
チ素子に過電流が流れることに起因する半導体スイッチ
素子の熱破壊を防止している。
た半導体リレーでは、半導体スイッチ素子に大電流が流
れていなくてもオフされる場合を生じるという問題があ
った。温度検出素子としてのダイオードの電圧降下は
0.7V程度であり、その温度−電圧特性は、半導体ス
イッチ素子のオフを考慮する温度領域では、−1.5〜
−2.4[mV/℃]の負の特性である。したがって、
こうしたダイオードを用いた温度検出構造は、その出力
電圧レベルが低いために外来ノイズの影響を受けやすい
ものとなり、ノイズによる誤動作を招いてしまう。
造は、ノイズの影響の少ない温度検出構造を提供するこ
とを目的の一つとする。また、本発明の半導体スイッチ
素子の温度検出構造は、この温度検出構造を備えること
により生じるチップの大型化を低減することを目的の一
つとする。本発明の半導体スイッチ素子の温度検出装置
は、上述の本発明の半導体スイッチ素子の温度検出構造
の目的の他、ノイズの影響を受けずに半導体スイッチ素
子が形成されたチップの温度をより正確に検出すること
を目的の一つとする。本発明の半導体リレーは、上述の
本発明の半導体スイッチ素子の温度検出装置の目的の
他、ノイズに起因する誤動作を防止することを目的の一
つとする。
発明の半導体スイッチ素子チップの温度検出構造および
温度検出装置並びに半導体リレーは、上述の目的の少な
くとも一部を達成するために以下の手段を採った。
造は、半導体スイッチ素子が形成されたチップ上に形成
され、該チップの温度を検出可能な温度検出構造であっ
て、温度の変化に対して所定の電圧特性を有する温度電
圧特性素子と、該温度電圧特性素子に接続されたローパ
スフィルタとを備えることを要旨とする。
出構造では、温度電圧特性素子に接続されたローパスフ
ィルタが高周波のノイズを除去する。これにより、温度
電圧特性素子から的確な温度の変化に対して所定の電圧
特性を取り出すことができる。
度検出構造において、前記温度電圧特性素子はダイオー
ドであるものとすることもできるし、前記温度電圧特性
素子は抵抗であるものとすることもできる。
検出構造において、前記半導体スイッチ素子は、電界効
果トランジスタまたはバイポーラトランジスタであるも
のとすることもできる。
チ素子の温度検出構造において、前記ローパスフィルタ
は、前記温度電圧特性素子に直列に接続された抵抗と、
該温度電圧特性素子と並列に接続されたコンデンサとか
ら構成されてなるフィルタであるものとすることもでき
る。こうすれば、チップに容易にフィルタを構成するこ
とができる。この態様の本発明の半導体スイッチ素子の
温度検出構造において、前記コンデンサは、前記チップ
の表面に形成される酸化膜を用いて構成されてなるもの
とすることもできる。こうすれば大容量のコンデンサを
構成することができる。
検出構造において、前記ローパスフィルタは、前記チッ
プの取り付けに用いられるボンディングパッドが該チッ
プに配置される部位に形成されてなるものとすることも
できる。こうすれば、全体として小型化を図ることがで
きる。
検出装置は、半導体スイッチ素子が形成されたチップの
温度を検出する温度検出装置であって、前述の各態様の
いずれかの本発明の半導体スイッチ素子チップの温度検
出構造と、前記温度電圧特性素子に所定の電流を供給す
る電流供給部と、前記温度電圧特性素子の電圧降下に基
づく電圧を検出する電圧検出部とを備えることを要旨と
する。
検出装置では、本発明の半導体スイッチ素子チップの温
度検出構造が、高周波のノイズの除去に基づいて温度電
圧特性素子から的確な温度の変化に対して所定の電圧特
性を取り出すことを可能とするから、チップの温度をよ
り正確に検出することができる。しかも、電流供給部か
ら温度電圧特性素子に所定の電流を供給するから、電流
の変化に起因して生じる温度−電圧特性の変化を防止す
ることができる。
度検出装置において、前記電圧検出部は、前記温度電圧
特性素子の電圧降下に基づく電圧と所定電圧とを比較
し、いずれの電圧が高いかを2値の信号で出力する比較
器であるものとすることもできる。温度電圧特性素子
は、温度の変化に対して所定の電圧特性を有するから、
チップの温度がこの特性における所定電圧に対応する温
度以上になったことを判定することができる。
素子が形成されたチップの温度に基づいてオン状態の該
半導体スイッチ素子をオフする半導体リレーであって、
前述した本発明の半導体スイッチ素子チップの温度検出
装置と、前記半導体スイッチ素子のオンオフを司る信号
を出力するオンオフ信号出力部と、前記電圧検出部によ
り検出された電圧が所定電圧以下または以上になったと
き、前記オンオフ信号出力部から前記半導体スイッチ素
子をオフする信号が出力されるよう該オンオフ信号出力
部にオフ信号を出力するオフ信号出力部とを備えること
を要旨とする。
半導体スイッチ素子チップの温度検出装置が、高周波の
ノイズの除去に基づいて温度電圧特性素子から的確な温
度の変化に対して所定の電圧特性を取り出し、チップの
温度をより正確に検出するから、ノイズにより誤動作す
ることなく、チップの温度に基づいてオン状態の半導体
スイッチ素子をオフすることができる。
温度検出装置は前記電圧検出部が前記比較器であり、前
記オフ信号出力部は前記2値の信号の一方をオフ信号と
する前記温度検出装置が備える比較器であるものとする
こともできる。
例を用いて説明する。図1は、本発明の一実施例である
半導体スイッチ素子チップの温度検出構造を備える半導
体リレー20の構成の概略を示す構成図である。実施例
の半導体リレー20は、図示するように、Nチャンネル
パワーMOS(電界効果トランジスタ)32と温度検出
部40とが形成された半導体チップ30と、パワーMO
S32に駆動信号を出力する駆動部56と半導体チップ
30の温度検出部40からの信号を処理する温度処理部
52とを有する駆動回路50とを備える。
負荷48に接続されており、ソース35は接地されてい
る。負荷48の他端は、負荷駆動用電源49に接続され
ている。パワーMOS32のゲート34は、駆動回路5
0の駆動部56に接続されている。したがって、パワー
MOS32は、駆動部56からの駆動信号によりオンオ
フし、負荷48の駆動スイッチとして機能する。
れた温度検出部40は、半導体チップ30の温度を検出
するためのダイオード41と、このダイオード41と直
列に接続された抵抗42と、ダイオード41と並列に接
続されたコンデンサ43とから構成されている。ダイオ
ード41は、順方向バイアス電流が一定であれば、順方
向電圧が−1.5〜−2.4mV/℃の負の線形性の高
い温度電圧特性を示す一般的なダイオードとして構成さ
れており、抵抗42とコンデンサ43は、ダイオード4
1の端子間電圧に対してローパスフィルタとして機能す
るよう構成されている。
子の一方がパッド45を介して温度検出部40の抵抗4
2に接続されたコンパレータ53と、このコンパレータ
53の他方の入力端子に接続される温度に依存しない基
準電圧源54とから構成されている。コンパレータ53
は、基準電圧源54からの基準電圧とダイオード41の
順方向電圧とを比較し、その大小によって定まる2値の
信号を駆動部56に出力する。即ち、コンパレータ53
から駆動部56の出力は、ダイオード41の順方向電圧
が基準電圧より高いときにはHIであり、逆にダイオー
ド41の順方向電圧が基準電圧以下になるとLOWとな
る。基準電圧源54は、負荷48やパワーMOS32が
正常に動作しているときの温度より高い異常と判定すべ
き温度のときのダイオード41の順方向電圧が基準電圧
となるよう構成されている。したがって、コンパレータ
53の出力がHIからLOWに転じたときは、半導体チ
ップ30が異常過熱の状態にあるときを意味する。な
お、半導体チップ30のパッド46は、駆動回路50を
介して接地されている。
される信号がHIのときには、図示しない回路からの信
号に基づいてパワーMOS32のゲート34に駆動信号
を出力し、コンパレータ53から入力される信号がHI
からLOWに転じると、そのときまでパワーMOS32
のゲート34に出力していた駆動信号に拘わらず、パワ
ーMOS32をオフするオフ信号をゲート34に出力す
るよう構成されている。したがって、半導体チップ30
が過熱状態となってダイオード41の順方向電圧が基準
電圧以下になると、コンパレータ53からの信号がLO
Wとなり、駆動部56がパワーMOS32をオフする。
を構成するローパスフィルタの配置について説明する。
図2は、半導体チップ30のパッド46を含む断面を例
示する断面図である。図示するように、温度検出部40
を構成するローパスフィルタのコンデンサ43は、P+
のボディ31に形成されたゲート酸化膜43bをポリシ
リコンにより形成された電極43aとボディ31に形成
されたN+の電極43cとによって挟持するものとし
て、パッドワイヤ46aに接続されるパッド46の直下
に形成されている。カットオフ周波数の低いローパスフ
ィルタを構成するには、抵抗42かコンデンサ43を大
きくする必要があるが、いずれかを大きくすると、それ
に伴ってチップのサイズも大きくなる。一方、パワーM
OS系の素子のボンディングパッドは、通常、大電流に
対応できるよう太いワイヤを打つために大きなものが用
いられ、パッドの下には素子は配置されない。したがっ
て、実施例では、コンデンサ43を容量の大きなものを
用いるものとし、これを通常何も配置されないパッドの
下に形成することにより、カットオフ周波数の低いロー
パスフィルタを構成すると共にチップの小型化を図って
いる。
発明の半導体スイッチ素子チップの温度検出構造の一実
施例を構成するものであり、温度検出部40と温度処理
部52は本発明の半導体スイッチ素子チップの温度検出
装置の一実施例を構成するものである。
20によれば、温度検出部40がローパスフィルタを備
えることにより、電磁傷害としての外来ノイズを除去す
ることができ、コンパレータ53の誤動作を防止するこ
とができる。この結果、誤動作によるパワーMOS32
のオフを防止することができる。しかも、通常、素子を
配置しないボンディングパッドの下に容量の大きなコン
デンサ43を形成するから、カットオフ周波数の低いロ
ーパスフィルタを構成することができると共にチップの
小型化を図ることができる。
ば、ゲート酸化膜を用いてコンデンサ43を構成したか
ら、コンデンサ43の特性を測定することにより、半導
体チップ30のゲート酸化膜の特性(例えば、膜厚な
ど)を推定することができる。この結果、パワーMOS
32のカットオフ電圧や応答時間特性などを推定するこ
とができる。また、ローパスフィルタを接続したパッド
45,46には大きな容量のコンデンサ43が接続され
るから、パッド45,46に印加された静電気は分圧さ
れ、内部の素子に印加されるエネルギも減衰される。こ
の結果、ローパスフィルタを接続した端子の静電気破壊
耐量を向上させることができる。
ネルのパワーMOS32が形成された半導体チップ30
に温度検出部40を形成したが、ゲート酸化膜を持つ構
成であれば如何なる半導体チップでもコンデンサ43を
構成することができるから、他の半導体スイッチ素子が
形成された半導体チップに温度検出部40を形成するも
のとしてもよい。例えば、図3に例示するPチャンネル
のパワーMOS32Bが形成された半導体チップ30B
に温度検出部40を形成した構成や、図4に例示するN
チャンネルのIGBT32Cが形成された半導体チップ
30Cに温度検出部40を形成した構成としてもよい。
なお、ゲート酸化膜を持たないタイプの半導体チップに
も温度検出部40を形成することもでき、このタイプの
半導体スイッチ素子にも適用することができる。この場
合、酸化膜を用いないタイプのコンデンサによりローパ
スフィルタを形成してもいいし、酸化膜を形成してコン
デンサを構成し、このコンデンサによりローパスフィル
タを構成するものとしてもよい。
ップ30の温度を検出する素子としてダイオード41を
用いたが、温度電圧特性を有するものであれば、如何な
る素子をも用いることができる。例えば、図5に例示す
るセンスソースに接続されたセンスソースの検出用の抵
抗41Dを温度検出用の素子として用いる半導体チップ
30Dとしてもよい。
抵抗42とコンデンサ43とによりローパスフィルタを
構成したが、図6に例示する半導体チップ30Eのよう
に、パッド46とローパスフィルタとの間に抵抗44を
挿入するものとしてもよい。即ち、外来ノイズを除去で
きればローパスフィルタを如何なる構成としてもよい。
部52を比較器であるコンパレータ53により構成した
が、ダイオード41の順方向電圧により半導体チップ3
0の温度を演算する回路により構成し、所定の温度にな
ったら駆動部56にLOW信号を出力するものとしても
よい。
を用いて説明したが、本発明はこうした実施例に何等限
定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲
内において、種々なる形態で実施し得ることは勿論であ
る。
チップの温度検出構造を備える半導体リレー20の構成
の概略を示す構成図である。
例示する断面図である。
示す構成図である。
示す構成図である。
示す構成図である。
示す構成図である。
30E 半導体チップ、31 ボディ、32 パワーM
OS、32B PチャンネルのパワーMOS、32C
NチャンネルのIGBT、33 ドレイン、34 ゲー
ト、35 ソース、40 温度検出部、41 ダイオー
ド、42 抵抗、43 コンデンサ、44 抵抗、4
5,46 パッド、46a パッドワイヤ、50 駆動
回路、52温度処理部、53 コンパレータ、54 基
準電圧源、56 駆動部。
Claims (11)
- 【請求項1】 半導体スイッチ素子が形成されたチップ
上に形成され、該チップの温度を検出可能な温度検出構
造であって、 温度の変化に対して所定の電圧特性を有する温度電圧特
性素子と、 該温度電圧特性素子に接続されたローパスフィルタとを
備える温度検出構造。 - 【請求項2】 前記温度電圧特性素子は、ダイオードで
ある請求項1記載の温度検出構造。 - 【請求項3】 前記温度電圧特性素子は、抵抗である請
求項1記載の温度検出構造。 - 【請求項4】 前記半導体スイッチ素子は、電界効果ト
ランジスタまたはバイポーラトランジスタである請求項
1ないし3いずれか記載の温度検出構造。 - 【請求項5】 前記ローパスフィルタは、前記温度電圧
特性素子に直列に接続された抵抗と、該温度電圧特性素
子と並列に接続されたコンデンサとから構成されてなる
フィルタである請求項1ないし4いずれか記載の温度検
出構造。 - 【請求項6】 前記コンデンサは、前記チップの表面に
形成される酸化膜を用いて構成されてなる請求項5記載
の温度検出構造。 - 【請求項7】 前記ローパスフィルタは、前記チップの
取り付けに用いられるボンディングパッドが該チップに
配置される部位に形成されてなる請求項1ないし6記載
の温度検出構造。 - 【請求項8】 半導体スイッチ素子が形成されたチップ
の温度を検出する温度検出装置であって、 請求項1ないし7いずれか記載の温度検出構造と、 前記温度電圧特性素子に所定の電流を供給する電流供給
部と、 前記温度電圧特性素子の電圧降下に基づく電圧を検出す
る電圧検出部とを備える温度検出装置。 - 【請求項9】 前記電圧検出部は、前記温度電圧特性素
子の電圧降下に基づく電圧と所定電圧とを比較し、いず
れの電圧が高いかを2値の信号で出力する比較器である
請求項8記載の温度検出装置。 - 【請求項10】 半導体スイッチ素子が形成されたチッ
プの温度に基づいてオン状態の該半導体スイッチ素子を
オフする半導体リレーであって、 請求項8または9記載の温度検出装置と、 前記半導体スイッチ素子のオンオフを司る信号を出力す
るオンオフ信号出力部と、 前記電圧検出部により検出された電圧が所定電圧以下ま
たは以上になったとき、前記オンオフ信号出力部から前
記半導体スイッチ素子をオフする信号が出力されるよう
該オンオフ信号出力部にオフ信号を出力するオフ信号出
力部とを備える半導体リレー。 - 【請求項11】 前記オフ信号出力部は、前記2値の信
号の一方をオフ信号とする前記温度検出装置が備える比
較器である請求項9記載の温度検出装置を備える請求項
10記載の半導体リレー。
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JP11770399A JP3509623B2 (ja) | 1999-04-26 | 1999-04-26 | 半導体スイッチ素子チップの温度検出構造および温度検出装置並びに半導体リレー |
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