JP2016200570A - 半導体装置の電流検出方法および半導体装置 - Google Patents

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Abstract

【課題】高精度な電流検出機能を備えた半導体装置を提供する。
【解決手段】1個のパッケージに2個の半導体チップCHP1,CHP2が搭載される半導体装置SIPを用いて電流検出を行う。半導体チップCHP1は、負荷駆動端子PNldを介して負荷に電力を供給する電力供給用トランジスタQdと、負荷駆動端子に流れる電流を検出する電流検出回路IDETとを有する。当該半導体装置SIPの検査工程では、半導体チップCHP1における電流検出回路IDETの電気的特性が検査され、当該検査結果に基づいて得られる補正式の情報が半導体チップCHP2の記憶回路MEMに書き込まれる。半導体チップCHP2は、電流検出回路IDETによる検出結果を当該記憶回路MEMの補正式の情報に基づいて補正する。
【選択図】図2

Description

本発明は、半導体装置の電流検出方法および半導体装置に関し、例えば、負荷に電力を供給し、当該負荷に流れる電流を検出する半導体装置およびその電流検出方法に関する。
例えば、特許文献1には、電力用MOSFETと、センス用MOSFETと、抵抗用MOSFETと、差動増幅器とを備えた負荷電流検出用回路装置が示される。センス用MOSFETは、電力用MOSFETに対してゲートおよびドレインが共通に接続される。抵抗用MOSFETは、センス用MOSFETのソースと、外付けの測定抵抗を接続するための端子との間にソース・ドレイン経路が接続される。差動増幅器は、電力用MOSFETおよびセンス用MOSFETの各ソースを入力として抵抗用MOSFETのゲートを制御する。
特開平8−334534号公報
例えば、自動車等を代表とする各種パワーエレクトロニクス分野では、モータ等の負荷に電力を供給すると共に、当該負荷に流れる電流を高精度に検出することが求められる。このような場合、特許文献1のような回路装置を用いることが考えられる。しかし、当該回路装置では、各回路素子の製造ばらつきや、各回路素子の温度依存性等によって、電流検出の高精度化を十分に図れない恐れがある。
後述する実施の形態は、このようなことを鑑みてなされたものであり、その他の課題と新規な特徴は、本明細書の記述及び添付図面から明らかになるであろう。
一実施の形態による半導体装置の電流検出方法は、1個のパッケージに第1および第2の半導体チップが搭載される半導体装置の電流検出方法である。第1の半導体チップは、負荷駆動端子を介して負荷に電力を供給する電力供給用トランジスタと、負荷駆動端子に流れる電流を検出する電流検出回路とを有する。当該半導体装置の検査工程では、第1の半導体チップにおける電流検出回路の電気的特性が検査され、当該検査結果に基づいて得られる補正式の情報が第2の半導体チップの記憶回路に書き込まれる。第2の半導体チップは、電流検出回路による検出結果を当該記憶回路の補正式の情報に基づいて補正する。
前記一実施の形態によれば、高精度な電流検出機能を備えた半導体装置を提供可能になる。
本発明の実施の形態1による半導体装置において、それを適用した車両装置の一部の構成例を示す概略図である。 (a)は、本発明の実施の形態1による半導体装置において、それを備えた電子制御ユニットの主要部の概略構成例を示す回路ブロック図であり、(b)は、(a)における電流検出回路の構成例を示す回路図である。 図2(a)および図2(b)の半導体装置において、その検査工程の一例を示すフロー図である。 図3の補足図である。 図2(a)および図2(b)の半導体装置において、負荷電流を検出する際の処理内容の一例を示すフロー図である。 本発明の実施の形態2による半導体装置において、その主要部の概略的な外形例を示す平面図である。 図6の半導体装置を備えた電子制御ユニットの主要部の概略構成例を示す回路ブロック図である。 (a)は、本発明の実施の形態3による半導体装置において、それを備えた電子制御ユニットの主要部の概略構成例を示す回路ブロック図であり、(b)は、(a)における温度センサ回路の構成例を示す回路図である。 図8(a)および図8(b)の半導体装置において、その検査工程の一例を示すフロー図である。 (a)および(b)は、図9の補足図である。 図9における温度係数算出処理の処理内容の一例を示すフロー図である。 (a)および(b)は、図11の補足図である。 図8(a)および図8(b)の半導体装置において、負荷電流を検出する際の処理内容の一例を示すフロー図である。 (a)は、本発明の実施の形態4による半導体装置において、それを備えた電子制御ユニットの主要部の概略構成例を示す回路ブロック図であり、(b)は、(a)における電流検出回路の構成例を示す回路図である。 図14(a)および図14(b)の半導体装置において、その検査工程の一例を示すフロー図である。 (a)は、本発明の実施の形態5による半導体装置において、その主要部の概略構成例を示す回路ブロック図であり、(b)は、(a)における演算処理回路の処理内容の一例を示すフロー図である。 図16(a)および図16(b)の半導体装置において、その検査工程の一例を示すフロー図である。 (a)は、本発明の前提として検討した半導体装置において、それを備えた電子制御ユニットの主要部の概略構成例を示す回路ブロック図であり、(b)は、(a)における電流検出回路の構成例を示す回路図である。
以下の実施の形態においては便宜上その必要があるときは、複数のセクションまたは実施の形態に分割して説明するが、特に明示した場合を除き、それらは互いに無関係なものではなく、一方は他方の一部または全部の変形例、詳細、補足説明等の関係にある。また、以下の実施の形態において、要素の数等(個数、数値、量、範囲等を含む)に言及する場合、特に明示した場合および原理的に明らかに特定の数に限定される場合等を除き、その特定の数に限定されるものではなく、特定の数以上でも以下でも良い。
さらに、以下の実施の形態において、その構成要素(要素ステップ等も含む)は、特に明示した場合および原理的に明らかに必須であると考えられる場合等を除き、必ずしも必須のものではないことは言うまでもない。同様に、以下の実施の形態において、構成要素等の形状、位置関係等に言及するときは、特に明示した場合および原理的に明らかにそうでないと考えられる場合等を除き、実質的にその形状等に近似または類似するもの等を含むものとする。このことは、上記数値および範囲についても同様である。
また、実施の形態の各機能ブロックを構成する回路素子は、特に制限されないが、公知のCMOS(相補型MOSトランジスタ)等の集積回路技術によって、単結晶シリコンのような半導体基板上に形成される。なお、実施の形態では、MISFET(Metal Insulator Semiconductor Field Effect Transistor)の一例としてMOSFET(Metal Oxide Semiconductor Field Effect Transistor)(MOSトランジスタと略す)を用いるが、ゲート絶縁膜として非酸化膜を除外するものではない。図面にはMOSトランジスタの基板電位の接続は特に明記していないが、MOSトランジスタが正常動作可能な範囲であれば、その接続方法は特に限定しない。
以下、本発明の実施の形態を図面に基づいて詳細に説明する。なお、実施の形態を説明するための全図において、同一の部材には原則として同一の符号を付し、その繰り返しの説明は省略する。
(実施の形態1)
《車両装置の概略構成》
図1は、本発明の実施の形態1による半導体装置において、それを適用した車両装置の一部の構成例を示す概略図である。図1に示す車両装置は、シャーシCHSと、バッテリBATと、電子制御ユニットECUと、負荷LODとを備える。バッテリBATは、シャーシCHSを接地電源電圧GNDとして、所定(代表的には12V)のバッテリ電圧Vbatを生成する。負荷LODは、この例では、並列接続される3個のフラッシャーFLSで構成される。当該3個のフラッシャーFLSの一端は、接地電源電圧GNDに接続される。当該3個のフラッシャーFLSは、例えば、車両装置の左前方部、左後方部、左側面部にそれぞれ取り付けられる。
電子制御ユニットECUは、3個のコネクタ端子Pv,Pg,Pldを備える。コネクタ端子Pvおよびコネクタ端子Pgには、それぞれ、バッテリ電圧Vbatおよび接地電源電圧GNDが供給される。電子制御ユニットECUは、詳細は後述するが、本実施の形態による半導体装置を備え、コネクタ端子Pldを介して負荷LOD(3個のフラッシャーFLSの他端)に電力を供給する。具体的には、電子制御ユニットECUは、例えば、車両装置が左折する際に3個のフラッシャーFLSに電力を供給し、これに応じて、3個のフラッシャーFLSは共に点滅する。
《電子制御ユニット(前提)の概要および問題点》
図18(a)は、本発明の前提として検討した半導体装置において、それを備えた電子制御ユニットの主要部の概略構成例を示す回路ブロック図であり、図18(b)は、図18(a)における電流検出回路の構成例を示す回路図である。図18(a)に示す電子制御ユニットECU’は、例えば、図1に示したコネクタ端子Pv,Pg,Pld(Pvの図示は省略)を備える配線基板で構成される。当該配線基板は、2個の半導体装置(パッケージ部品)DEV1,DEV2と、電流検出用抵抗Rcsと、LPF用コンデンサCfおよびLPF用抵抗Rfで構成されるロウパスフィルタ回路LPFとを搭載する。
半導体装置DEV1は、外部端子PNvc,PNg,PNld,PNm1’を備え、半導体チップCHP1’を搭載する。半導体チップCHP1’は、電力供給用トランジスタ(ここではnMOSトランジスタ)Qdと、電力供給用トランジスタQdを駆動するドライバ回路DRVと、電流検出回路IDET’とを備える。外部端子PNvcおよび外部端子PNgには、それぞれ、電源電圧VCCおよび接地電源電圧GNDが供給される。電源電圧VCCは、例えば、図1に示したバッテリ電圧Vbat等である。
電力供給用トランジスタQdは、ドレインに電源電圧VCCが供給され、ソースが外部端子(負荷駆動端子)PNldに接続される。外部端子PNldは、配線基板上で図1に示したコネクタ端子Pldに接続される。電流検出回路IDET’は、外部端子PNldに流れる負荷電流(言い換えれば、負荷LODに流れる電流または電力供給用トランジスタQdに流れる電流)ILを検出するための回路であり、例えば、図18(b)に示すような構成を備える。
図18(b)に示す電流検出回路IDET’は、電流検出用トランジスタ(ここではnMOSトランジスタ)Qcsと、MOSトランジスタ(ここではpMOSトランジスタ)MP1と、アンプ回路AMP1とを備える。電流検出用トランジスタQcsは、電力供給用トランジスタQdの所定倍(特に限定はされないが1/1000〜1/10000倍等)のトランジスタサイズで構成され、ゲートおよびドレインが電力供給用トランジスタQdのゲートおよびドレインと共通に接続される。
MOSトランジスタMP1は、ソースが電流検出用トランジスタQcsのソースに接続され、ドレインが外部端子PNm1’に接続される。アンプ回路AMP1は、電流検出用トランジスタQcsのソースと、電力供給用トランジスタQdのソースとを入力とし、両ソース電圧が等しくなるようにMOSトランジスタMP1のゲートを制御する。その結果、電流検出用トランジスタQcsは、ドライバ回路DRVによって、電力供給用トランジスタQdと同等のゲート・ソース間電圧で並列に駆動される。
これにより、電流検出用トランジスタQcsは、電力供給用トランジスタQdに流れる負荷電流ILを反映したセンス電流(すなわちトランジスタサイズ比に基づく電流)ILsをソース・ドレイン間に流す。電流検出用抵抗Rcsは、外部端子PNm1’と接地電源電圧GND(すなわちコネクタ端子Pg)との間に設けられ、電流検出用トランジスタQcsに流れるセンス電流ILsを反映した電圧を外部端子PNm1’に出力する。ロウパスフィルタ回路LPFは、当該外部端子PNm1’に出力される電圧を平滑化する。
半導体装置DEV2は、外部端子PNvd,PNg,PNm2を備え、半導体チップCHP2を搭載する。外部端子PNvdおよび外部端子PNgには、それぞれ、電源電圧VDDおよび接地電源電圧GNDが供給される。電源電圧VDDは、例えば、3.3Vや5.0V等であり、図1に示したバッテリ電圧Vbatを降圧すること等で生成される。
半導体チップCHP2は、例えば、マイクロコンピュータ等であり、演算処理回路MPU、記憶回路MEM、およびアナログディジタル変換回路ADC等の各回路ブロックと、これらの各回路ブロックを相互に接続するバスBSと、を備える。アナログディジタル変換回路ADCは、ロウパスフィルタ回路LPFを介して外部端子PNm2に入力される電圧(アナログ信号)をディジタル信号に変換する。演算処理回路MPUは、例えば、記憶回路MEMに保持される所定のプログラムに基づき、アナログディジタル変換回路ADCからのディジタル信号(言い換えれば、負荷電流IL)を処理し、当該ディジタル信号に応じた各種処理を行う。
例えば、図1の車両装置に当該電子制御ユニットECU’を適用する場合を例とすると、半導体装置DEV2は、車両装置が左折する際に、図示しない所定の外部端子を介して半導体装置DEV1に指示を発行する。半導体装置DEV1は、当該指示を図示しない所定の外部端子で受け、ドライバ回路DRVを用いて電力供給用トランジスタQd(および電流検出用トランジスタQcs)を駆動し、負荷LOD(すなわち3個のフラッシャーFLS)に電力を供給する。さらに、この際に、半導体装置DEV2は、3個のフラッシャーFLSに並列に流れる負荷電流ILの電流値を外部端子PNm2を介して検出する。
ここで、3個のフラッシャーFLSのいずれかが故障している場合、外部端子PNm2で検出される電流値が予め判明している基準の電流値よりも小さくなる。また、通常、車両装置の左前方部および左後方部のフラッシャーFLSは、同じ消費電力の部品で構成され、左側面部のフラッシャーFLSは、左前方部等のフラッシャーFLSよりも小さい消費電力の部品で構成される。
したがって、半導体装置DEV2は、外部端子PNm2で検出される電流値に基づいて、3個のフラッシャーFLSにおける故障の有無を判別することができ、加えて、故障の数や、故障の位置(左前方部または左後方部の故障か、左側面部の故障か)等を判別することもできる。ただし、そのためには、負荷電流ILを高精度に検出することが求められる。特に、フラッシャーFLSがLED(Light Emitting Diode)等で構成される場合には、消費電力がより小さくなるため、電流検出の高精度化がより重要となる。
なお、ここでは、負荷LODがフラッシャーFLSである場合を例としたが、特にこれに限定されるものではない。例えば、負荷LODがモータやアクチュエータ等の場合にも、電流検出の高精度化が重要となる。モータを例とすると、半導体装置DEV2は、検出した電流を所定の電流に近づけるためのPWM(Pulse Width Modulation)デューティ等を算出し、それを半導体装置DEV1に指示する。半導体装置DEV1は、当該指示されたPWM信号で電力供給用トランジスタQdを駆動し、モータに所定の負荷電流ILを供給する。このような場合、電流検出を高精度化するほど、モータの回転数等を高精度に制御することが可能になる。
このような要求のもと、図18(a)および図18(b)の構成例では、電流検出の高精度化を十分に図れない恐れがある。具体的には、誤差要因として、(A)電流供給用トランジスタQdと電流検出用トランジスタQcsのトランジスタサイズ比の製造ばらつき、(B)アンプ回路AMP1のオフセット電圧、(C)電流検出用抵抗Rcsの抵抗値ばらつき、(D)前述した(A)〜(C)の温度依存性等が挙げられる。このように、誤差は複合的に生じるため、例えば、回路やレイアウトの工夫等の対策では限界が生じ得る。そこで、以下に示す本実施の形態1の方式を用いることが有益となる。
《半導体装置(実施の形態1)の構成》
図2(a)は、本発明の実施の形態1による半導体装置において、それを備えた電子制御ユニットの主要部の概略構成例を示す回路ブロック図であり、図2(b)は、図2(a)における電流検出回路の構成例を示す回路図である。図2(a)に示す電子制御ユニットECUは、例えば、図1に示したコネクタ端子Pv,Pg,Pld(Pvの図示は省略)を備える配線基板で構成される。当該配線基板は、図18(a)の場合と異なり、1個の半導体装置(パッケージ部品)SIPと、LPF用コンデンサCfとを搭載する。
半導体装置SIPは、外部端子PNvc,PNvd,PNg,PNld,PNm1,PNm2を備え、2個の半導体チップCHP1,CHP2を搭載する。外部端子PNvc,PNvdおよび外部端子PNgには、図18(a)の場合と同様に、それぞれ、電源電圧VCC,VDDおよび接地電源電圧GNDが供給される。半導体チップCHP1は、図18(a)の半導体チップCHP1’と同様の電力供給用トランジスタQdおよびドライバ回路DRVに加えて、電極パッド(端子)PDm1と、図18(a)とは異なる電流検出回路IDETとを備える。なお、図示は省略されているが、半導体チップCHP1は、さらに、過電圧や過電流等を検出して電力供給を停止するような各種保護回路も備えている。
電流検出回路IDETは、図2(b)に示すように、図18(b)の電流検出回路IDET’と同様の電流検出用トランジスタQcs、MOSトランジスタMP1、およびアンプ回路AMP1に加えて、電流検出用抵抗Rcsと、LPF用抵抗Rfとを備える。すなわち、電流検出用抵抗RcsおよびLPF用抵抗Rfは、図18(a)では、半導体装置の外部に設けられるのに対して、図2(a)および図2(b)では、半導体装置SIP内の半導体チップCHP1に設けられる。
電流検出用抵抗Rcsは、MOSトランジスタMP1を介して電流検出用トランジスタQcsと直列に接続される。具体的には、電流検出用抵抗Rcsは、一端がMOSトランジスタMP1のドレインに接続され、他端が接地電源電圧GND(すなわち外部端子PNg)に接続される。LPF用抵抗Rfは、電流検出用抵抗Rcsの一端(MOSトランジスタMP1のドレイン)と電極パッド(端子)PDm1との間に設けられる。電極パッドPDm1は、外部端子(電流モニタ端子)PNm1に接続される。外部端子PNm1には、例えば、半導体装置SIPの外部で、LPF用コンデンサCfが接続可能になっている。
その結果、電極パッド(端子)PDm1および外部端子PNm1には、図18(a)および図18(b)の場合と同様に、外部端子(負荷駆動端子)PNldに流れる負荷電流ILを反映した電圧(電流モニタ信号VISと呼ぶ)が出力される。当該電流モニタ信号VISは、ロウパスフィルタ回路LPFで平滑化された信号となり、図18(a)の外部端子PNm2での信号と同等である。電流検出用抵抗RcsおよびLPF用抵抗Rfは、特に限定はされないが、シリコン基板上のポリシリコン層や拡散層等によって形成される。
半導体チップCHP2は、例えば、マイクロコンピュータ等であり、図18(a)の場合と同様に、演算処理回路MPU、記憶回路MEM、およびアナログディジタル変換回路ADC等の各回路ブロックと、これらの各回路ブロックを相互に接続するバスBSと、を備える。また、ここでは、半導体チップCHP2は、電極パッド(端子)PDm2を備える。電極パッドPDm2は、外部端子PNm2に接続される。
電極パッドPDm2は、半導体チップCHP1の電極パッド(端子)PDm1に接続するための端子である。図2(a)の例では、外部端子PNm1と外部端子PNm2とが電子制御ユニットECUの配線基板上で接続されることで、電極パッドPDm2は、外部端子PNm2,PNm1を介して電極パッドPDm1に接続される。アナログディジタル変換回路ADCは、電極パッド(端子)PDm2に入力される電流モニタ信号VIS(アナログ信号)をディジタル信号に変換する。
ここで、詳細は後述するが、本実施の形態1では、半導体チップCHP2の記憶回路MEMは、半導体装置SIPの検査工程で得られる補正式の情報を保持する。そして、半導体チップCHP2の演算処理回路MPUは、アナログディジタル変換回路ADCからのディジタル信号を、記憶回路MEMの情報に基づく補正式を用いて補正することで、外部端子(負荷駆動端子)PNldに流れる負荷電流ILの電流値を算出する。
《半導体装置(実施の形態1)の電流検出方法》
図3は、図2(a)および図2(b)の半導体装置において、その検査工程の一例を示すフロー図である。図4は、図3の補足図である。まず、図4において、図2(b)に示した電流検出回路IDETを用いると、負荷駆動端子PNldに流れる負荷電流ILと、電流モニタ端子PNm1に出力される電圧(電流モニタ信号VIS)との関係は、原理上、“VIS=α×IL+β”で定められる一次関数となる。
ただし、当該一次関数の係数(すなわち傾きαや切片β)は、図18(a)および図18(b)で述べたような誤差要因(A)〜(C)に依存して変動する。そこで、本実施の形態1では、傾きαおよび切片βを、半導体装置SIPの検査工程での実測値(具体的には、電流検出回路IDETの電気的特性の検査結果)に基づいて定め、当該傾きαおよび切片βを補正式の情報として記憶回路MEMに書き込む。そして、半導体チップは、“VIS=α×IL+β”で定められる補正式に基づき、電流モニタ信号VISから負荷電流ILの電流値を算出する。
図3において、所定の検査装置は、まず、半導体チップCHP1を動作させた状態(すなわちドライバ回路DRVが電力供給用トランジスタQdをオンに駆動している状態)で、半導体装置SIPの外部端子(負荷駆動端子)PNldに電流I1を印加する(ステップS101)。次いで、検査装置は、半導体チップCHP1の電極パッド(端子)PDm1(実際には、半導体装置SIPの外部端子(電流モニタ端子)PNm1)に出力される電圧V1を測定する(ステップS102)。
続いて、同様にして、検査装置は、半導体チップCHP1を動作させた状態で、負荷駆動端子PNldに電流I1とは異なる電流I2を印加し、電極パッド(端子)PDm1(電流モニタ端子PNm1)に出力される電圧V2を測定する(ステップS103,S104)。次いで、検査装置は、電流I1と電流I2との差分値と、電圧V1と電圧V2との差分値との関係に基づき補正式の情報を定める。
具体的には、検査装置は、図4に示されるように、例えば、“(V2−V1)/(I2−I1)”から傾きαを算出し(ステップS105)、“V1−α×I1”から切片βを算出し(ステップS106)、当該傾きαおよび切片βの値を補正式の情報として定める。そして、検査装置は、定めた補正式の情報(ここでは一次関数の係数(傾きαおよび切片βの値))を半導体チップCHP2の記憶回路MEMに書き込む(ステップS107)。
図5は、図2(a)および図2(b)の半導体装置において、負荷電流を検出する際の処理内容の一例を示すフロー図である。半導体装置SIPは、負荷LODに電力を供給すると共に、その負荷電流ILを検出する際に図5のような処理を行う。具体的には、例えば、半導体チップCHP2内の演算処理回路MPUが、記憶回路MEMに保持される所定のプログラムに基づき、図5のような処理を行う。図5において、まず、演算処理回路MPUは、外部端子PNm2での電流モニタ信号VISの電圧値を、アナログディジタル変換回路ADCを用いて測定する(ステップS201)。
次いで、演算処理回路MPUは、記憶回路MEMの情報(傾きαおよび切片βの値)に基づき、補正式“VIS=α×IL+β(IL=(VIS−β)/α)”を定める。そして、演算処理回路MPUは、アナログディジタル変換回路ADCからのディジタル信号(すなわち電流モニタ信号VIS)を当該補正式を用いて補正する。具体的には、演算処理回路MPUは、単に当該ディジタル信号(VIS)の値を補正式に代入する。これにより、演算処理回路MPUは、負荷駆動端子PNldに流れる負荷電流ILの電流値を算出する(ステップS202)。
その後、演算処理回路MPUは、当該算出した電流値に応じた所定の処理を実行する(ステップS203)。例えば、負荷LODが図1で述べたようなフラッシャーFLSの場合、演算処理回路MPUは、算出した電流値に基づきフラッシャーFLSの故障の有無を判別する。あるいは、負荷LODがモータ等の場合、演算処理回路MPUは、算出した電流値に基づきPWMデューティ等を定める。
《実施の形態1の主要な効果》
以上、本実施の形態1の方式を用いることで、図18(a)および図18(b)で述べたような複合的な誤差要因を一括して補正することができる。具体的には、誤差要因(A)電流供給用トランジスタQdと電流検出用トランジスタQcsのトランジスタサイズ比の製造ばらつきと、(B)アンプ回路AMP1のオフセット電圧と、(C)電流検出用抵抗Rcsの抵抗値ばらつきとを補正することができる。その結果、代表的には、高精度な電流検出機能を備えた半導体装置SIPを提供することが可能になる。
ここで、電子制御ユニットECUは、一般的に、部品組み立てメーカによって製造される。すなわち、部品組み立てメーカは、部品供給メーカから提供される半導体装置SIP等を配線基板上に適宜実装することで、電子制御ユニットECUを製造する。こうした中、図2(a)の電子制御ユニットECUは、図18(a)の電子制御ユニットECU’と比較して、搭載する部品数が少なくなっている。その結果、例えば部品組み立てメーカ側の視点で、電子制御ユニットECUの小型化や、部品の組み立てコスト等を含めた低コスト化等が実現可能になる。
さらに、図2(a)の構成例を用いることで、図18(a)の構成例を用いる場合と比較して、電流検出の高精度化の観点で、部品組み立てメーカの負担を低減できる場合がある。すなわち、場合によっては、部品組み立てメーカが、図18(a)の電子制御ユニットECU’を対象に、図3の場合と同様の検査を行うことでも、電流検出の高精度化が実現可能である。ただし、この場合、検査対象が半導体装置ではなく電子制御ユニットECU’となるため、大規模な検査設備が必要となる場合や、特殊な検査装置が必要となる場合がある。その結果、部品組み立てメーカ側に多大の負担を強いる恐れがある。
一方、本実施の形態1の方式では、検査対象が半導体装置SIPであるため、比較的小規模の検査設備と既存の検査装置を用いて図3の検査を行うことができる。ここで、検査対象を半導体装置SIPにすることができるのは、図2(a)の半導体装置SIPが、図18(a)の場合と異なり、半導体装置SIP内に電流検出用抵抗Rcsを内蔵しているためである。その結果、高精度な電流検出機能を予め備えた半導体装置SIPを部品組み立てメーカに提供することができるため、部品組み立てメーカの負担を低減することが可能になる。
さらに、本実施の形態1の方式を用いると、前述したように、電子制御ユニットが製造されるまでの過程を全体として見た場合に、検査の効率化や部品の効率化等が図れる。したがって、前述したような部品組み立てメーカのメリットのみならず、電子制御ユニットに関わるトータルコストを低減することも可能になる。
また、ここでは、電流検出用抵抗Rcsを、半導体チップCHP1の内蔵抵抗を用いて構成したが、場合によっては、一般的なチップ抵抗等で構成することも考えられる。すなわち、半導体装置SIPの内部で、かつ半導体チップCHP1,CHP2の外部に当該チップ抵抗等を搭載することも可能である。チップ抵抗は、通常、半導体チップの内蔵抵抗と比較して高精度であるため、補正を行わない前提のもとでは、電流検出の高精度化に寄与することができる。ただし、本実施の形態1の方式を用いる場合、電流検出用抵抗Rcsの誤差を含めて補正することができるため、半導体チップの内蔵抵抗を用いても特に問題は生じない。半導体チップの内蔵抵抗を用いることで、部品供給メーカ側の視点で、半導体装置SIPの小型化や低コスト化が図れる。
なお、本実施の形態1では、記憶回路MEMが保持する補正式の情報を、一次関数の係数としたが、必ずしもこれに限らない。例えば、複数の電流モニタ信号VISの電圧値と複数の負荷電流ILの電流値との関係を補正式に基づき予め算出しておき、その関係を含んだテーブルを補正式の情報としてもよい。すなわち、補正式をテーブルで構成してもよい。この場合、演算処理回路MPUは、当該テーブルを参照して負荷電流ILの電流値を取得する。また、ここでは、補正式として、一次関数を用いたが、必ずしもこれに限らず、例えば、一次以上の近似関数を用いてもよい。この場合、図3の場合と同様にして、3通り以上の電流を印加して検査を行えばよい。
(実施の形態2)
《半導体装置(実施の形態2)の構成》
図6は、本発明の実施の形態2による半導体装置において、その主要部の概略的な外形例を示す平面図である。図6に示す半導体装置SIPaは、図2(a)で述べたように、2個の半導体チップCHP1,CHP2が1個のパッケージに搭載されるパッケージ部品となっている。図6において、パッケージ(パッケージ樹脂)PKGの内部には、ダイパッドDPが設けられ、パッケージPKGの外周部には、外部端子となる複数のリードLDが設けられる。そして、ダイパッドDP上には、2個の半導体チップCHP1,CHP2が実装される。
ここで、図6の半導体装置SIPaでは、図2(a)に示した半導体装置SIPと異なり、半導体チップCHP1の電極パッドPDm1と半導体チップCHP2の電極パッドPDm2とを接続する配線が、パッケージPKGの内部に設けられる。この例では、電極パッドPDm1,PDm2は、それぞれ、ボンディングワイヤBWを介して同一のリードLD(ここでは外部端子(電流モニタ端子)PNm)に接続される。当該電流モニタ端子PNmには、LPF用抵抗Cfが接続可能となっている。
図7は、図6の半導体装置を備えた電子制御ユニットの主要部の概略構成例を示す回路ブロック図である。図7に示す電子制御ユニットECUは、コネクタCNを備える配線基板PCBで構成される。コネクタCNには、図1に示したコネクタ端子Pv,Pg,Pldが含まれる。配線基板PCBは、図2(a)の場合と同様に、1個の半導体装置(パッケージ部品)SIPaと、LPF用コンデンサCfとを搭載し、加えて電源レギュレータ装置VREGを搭載する。
配線基板PCBには、バッテリ電圧Vbat用の配線LNv1と、電源電圧VDD用の配線LNv2と、負荷駆動用の配線LNldと、接地電源電圧GND用の配線LNgと、LPF用コンデンサCf用の配線LNcとが形成される。配線LNv1は、一端がコネクタ端子Pvに接続され、他端が、半導体装置SIPaの外部端子PNvcと、電源レギュレータ装置VREGとに接続される。電源レギュレータ装置VREGは、配線LNv1からのバッテリ電圧Vbat(例えば12V等)を3.3V等の電源電圧VDDに降圧する。そして、電源レギュレータ装置VREGは、電源電圧VDDを配線LNv2を介して半導体装置SIPaの外部端子PNvdに供給する。
配線LNldは、一端がコネクタ端子Pldに接続され、他端が半導体装置SIPaの外部端子(負荷駆動端子)PNldに接続される。配線LNgは、一端がコネクタ端子Pgに接続され、他端が、半導体装置SIPaの外部端子PNgと、LPF用コンデンサCfの一端とに接続される。LPF用コンデンサCfの他端は、配線LNcを介して半導体装置SIPaの外部端子(電流モニタ端子)PNmに接続される。
以上のように、本実施の形態2の半導体装置を用いると、電極パッドPDm1,PDm2は、図2(a)では、半導体装置SIPの外部で接続されるのに対して、図6では、半導体装置SIPaの内部で接続される。これによって、図2(a)における2個の外部端子PNm1,PNm2を図6における1個の外部端子PNmに集約することができ、外部端子の削減が可能になる。さらに、これに伴い、図7に示されるように、電子制御ユニットECUにおいて、2個の外部端子PNm1,PNm2間を接続する配線が不要となるため、例えば、部品組み立てメーカの組み立てコスト等を低減することができる。
ただし、図6の場合、電流検出を行う半導体チップCHP2内のアナログディジタル変換回路ADCが常に特定されることになる。すなわち、半導体チップ(例えば、マイクロコンピュータ)CHP2は、通常、複数のアナログディジタル変換回路を備えており、部品組み立てメーカは、その複数の中から電流検出を行わせるアナログディジタル変換回路を任意に定めることが困難となる。したがって、場合によっては、図2(a)の構成の方が望ましい場合もある。
また、ここでは、LPF用コンデンサCfは、一般的にサイズが大きくなることから半導体装置SIPaの外付け部品としたが、場合によっては、半導体装置SIPa内に搭載することも可能である。この場合、図6および図7における外部端子PNmを削除することができる。
(実施の形態3)
《半導体装置(実施の形態3)の構成》
図8(a)は、本発明の実施の形態3による半導体装置において、それを備えた電子制御ユニットの主要部の概略構成例を示す回路ブロック図であり、図8(b)は、図8(a)における温度センサ回路の構成例を示す回路図である。図8(a)に示す電子制御ユニットECUは、図2(a)の構成例と比較して、主に、半導体装置SIPbの構成と、LPF用コンデンサCf2を新たに備える点とが異なっている。
図8(a)の半導体装置SIPbは、図2(a)に示した外部端子PNvc,PNvd,PNg,PNld,PNm1,PNm2に加えて外部端子PNt1,PNt2を備える。外部端子PNt1は、電子制御ユニットECUの配線基板を介して外部端子PNt2に接続される。外部端子PNt1,PNt2には、LPF用コンデンサCf2の一端が接続される。LPF用コンデンサCf2の他端には、接地電源電圧GNDが供給される。
また、図8(a)の半導体チップCHP1bは、図2(a)の半導体チップCHP1に対して、さらに、温度センサ回路TSENを備える。図8(a)の半導体チップCHP2bは、図2(a)の半導体チップCHP2に対して、さらに、バスBSに接続されるアナログディジタル変換回路ADC2を備える。
温度センサ回路TSENは、温度を表す値を持つ温度モニタ信号VFを出力する。具体的には、温度センサ回路TSENは、図8(b)に示されるように、定電流源ISと、ダイオードD1と、差動アンプ回路DAMPと、LPF用抵抗Rf2とを備える。定電流源ISは、ダイオードD1に定電流を供給する。ダイオードD1は、当該定電流の大きさに応じた順方向電圧を生成する。この順方向電圧は、負の温度依存性を持ち、温度が高くなるほど小さくなる。
差動アンプ回路DAMPは、当該ダイオードD1の順方向電圧を増幅し、当該増幅した電圧を温度モニタ信号VFとして、LPF用抵抗Rf2を介して外部端子PNt1へ出力する。LPF用抵抗Rf2は、図2(a)の場合と同様に、LPF用コンデンサCf2と共にロウパスフィルタ回路を構成する。その結果、外部端子PNt2には、平滑化された温度モニタ信号VFが入力される。アナログディジタル変換回路ADC2は、当該外部端子PNt2に入力される温度モニタ信号VF(アナログ信号)をディジタル信号に変換する。なお、温度センサ回路TSENは、温度を表す値を持つ温度モニタ信号VFを出力する何らかの回路であればよく、特に図8(b)の構成に限定されない。
このような構成において、本実施の形態3では、半導体チップCHP2bの記憶回路MEMは、半導体装置SIPbの検査工程で得られる温度依存性を含めた補正式の情報を保持する。また、演算処理回路MPUは、アナログディジタル変換回路ADCからのディジタル信号(すなわち電流モニタ信号VIS)を、温度モニタ信号VF(具体的には、アナログディジタル変換回路ADC2からのディジタル信号)に応じた補正式を用いて補正することで、負荷駆動端子PNldに流れる負荷電流ILの電流値を算出する。
《半導体装置(実施の形態3)の電流検出方法》
図9は、図8(a)および図8(b)の半導体装置において、その検査工程の一例を示すフロー図である。図10(a)および図10(b)は、図9の補足図である。まず、図10(a)において、負荷駆動端子PNldに流れる負荷電流ILと、電流モニタ端子PNm1に出力される電圧(電流モニタ信号VIS)との関係は、図4の場合と同様に、“VIS=α×IL+β”で定められる一次関数となる。
ただし、当該一次関数の係数(すなわち傾きαや切片β)は、図4で述べた誤差要因(A)〜(C)に加えて、図18(a)および図18(b)で述べた誤差要因(D)(すなわち温度依存性)に依存して変動する。図10(a)では、一例として、傾きαは、温度が高くなるほど大きくなり、切片βは温度が高くなるほど小さくなっている。そこで、本実施の形態3では、傾きαおよび切片β、ならびにそれらの温度依存性を、半導体装置SIPbの検査工程内での実測値に基づいて定め、温度依存性を含めた補正式(“VIS=α×IL+β”)に基づき、電流モニタ信号VISから負荷電流ILの電流値を算出するような電流検出方法を用いる。
図9において、まず、温度環境装置を含む所定の検査装置は、半導体装置SIPbを所定の温度T1の環境下に設置する(ステップS301)。次に、検査装置は、図3で述べたステップS101〜ステップS106を実行し、さらに、外部端子(温度モニタ端子)PNt1に出力される電圧(すなわち温度モニタ信号VF)を測定する(ステップS302)。次いで、検査装置は、全温度環境下での検査を完了したか否かを判別する(ステップS303)。
全温度環境下での検査を完了していない場合、検査装置は、ステップS301へ戻り、半導体装置SIPbを所定の温度T2の環境下に設置する。そして、検査装置は、ステップS101〜ステップS106を実行し、さらに、外部端子(温度モニタ端子)PNt1に出力される電圧(温度モニタ信号VF)を測定する(ステップS302)。以降、全温度環境下での検査が完了するまで、同様の工程が繰り返される。
ここでは、一例として、T1=25℃、T2=−40℃、T3=150℃の環境下での検査が行われるものとする。この場合、図10(b)に示されるように、25℃の環境下で行われるステップS105,S106,S302の工程によって、それぞれ、傾きαr、切片βr、温度モニタ信号VFrが得られる。また。−40℃の環境下で行われるステップS105,S106,S302の工程によって、それぞれ、傾きαl、切片βl、温度モニタ信号VFlが得られ、150℃の環境下で行われるステップS105,S106,S302の工程によって、それぞれ、傾きαh、切片βh、温度モニタ信号VFhが得られる。
ステップS303で全温度環境下での検査を完了すると、検査装置は、各温度毎の傾きαr,αl,αh、切片βr,βl,βh、および温度モニタ信号VFr,VFl,VFhを、半導体チップCHP2bの記憶回路MEMに書き込む(ステップS304)。次いで、検査装置は、温度係数算出処理を実行する(ステップS305)。
図11は、図9における温度係数算出処理の処理内容の一例を示すフロー図である。図12(a)および図12(b)は、図11の補足図である。図12(a)には、傾きαおよび切片βの温度特性の一例が示され、図12(b)には、温度モニタ信号VFの温度特性の一例が示される。図11において、検査装置は、(αr−αl)/65から温度係数Kαlrを算出する(ステップS3051)。また、検査装置は、(αh−αr)/125から温度係数Kαrhを算出する(ステップS3052)。図12(a)に示されるように、温度係数Kαlrは、−40℃〜25℃の範囲での傾きαの温度係数を表し、温度係数Kαrhは、25℃〜150℃の範囲での傾きαの温度係数を表す。
同様に、図11において、検査装置は、(βr−βl)/65から温度係数Kβlrを算出し(ステップS3053)、(βh−βr)/125から温度係数Kβrhを算出する(ステップS3054)。図12(a)に示されるように、温度係数Kβlrは、−40℃〜25℃の範囲での切片βの温度係数を表し、温度係数Kβrhは、25℃〜150℃の範囲での切片βの温度係数を表す。
さらに同様にして、図11において、検査装置は、(VFr−VFl)/65から温度係数KVFlrを算出し(ステップS3055)、(VFh−VFr)/125から温度係数KVFrhを算出する(ステップS3056)。図12(b)に示されるように、温度係数KVFlrは、−40℃〜25℃の範囲での温度モニタ信号VFの温度係数を表し、温度係数KVFrhは、25℃〜150℃の範囲での温度モニタ信号VFの温度係数を表す。そして、検査装置は、傾きαの温度係数Kαlr,Kαrhと、切片βの温度係数Kβlr,Kβrhと、温度モニタ信号VFの温度係数KVFlr,KVFrhとを、半導体チップCHP2bの記憶回路MEMに書き込む(ステップS3057)。
このように、検査装置は、概略的には、温度依存性を含めた補正式の情報を定め、それを記憶回路MEMに書き込む。図9および図11の例では、当該補正式の情報は、図9のステップS304における、各温度毎の一次関数の係数(すなわち傾きαおよび切片β)と、温度モニタ信号VFの値とを含む。これに加えて、当該補正式の情報は、図11のステップS3057における、一次関数の係数の温度依存性を表す各係数(すなわち温度係数Kαlr,Kαrh,Kβlr,Kβrh)と、温度モニタ信号VFの温度依存性を表す係数(すなわち温度係数KVFlr,KVFrh)とを含む。
図13は、図8(a)および図8(b)の半導体装置において、負荷電流を検出する際の処理内容の一例を示すフロー図である。半導体チップCHP2b内の演算処理回路MPUが、記憶回路MEMに保持される所定のプログラムに基づき、図13のような処理を行う。図13において、まず、演算処理回路MPUは、外部端子PNm2での電流モニタ信号VISの電圧値を、アナログディジタル変換回路ADCを用いて測定する(ステップS401)。
次いで、演算処理回路MPUは、外部端子PNt2での温度モニタ信号VFの電圧値を、アナログディジタル変換回路ADC2を用いて測定する(ステップS402)。続いて、演算処理回路MPUは、測定した温度モニタ信号VFの電圧値が、記憶回路MEMに保持される25℃での温度モニタ信号VFrの電圧値よりも低いか否かを判別する(ステップS403)。VF<VFrの場合、図12(b)から判るように、半導体チップCHP2bの温度は、25℃〜150℃の範囲となる。
そこで、VF<VFrの場合、演算処理回路MPUは、記憶回路MEMの情報に基づき、“25+(VF−VFr)/KVFrh”を算出し、温度Taを求める(ステップS404)。すなわち、図12(b)から判るように、温度モニタ信号VFの電圧値は、温度に比例するものと仮定し、25℃〜150℃の範囲の比例定数(すなわち温度係数KVFrh)を用いて温度モニタ信号VFの電圧値に対応する温度Taを算出する。
次いで、演算処理回路MPUは、記憶回路MEMの情報に基づき、“αr+Kαrh×(Ta−25)”を算出し、傾きαを求める(ステップS405)。すなわち、図12(a)から判るように、傾きαの値は、温度に比例するものと仮定し、25℃〜150℃の範囲の比例定数(すなわち温度係数Kαrh)を用いて、ステップS404で算出した温度Taに対応する傾きαを算出する。
同様に、演算処理回路MPUは、記憶回路MEMの情報に基づき、“βr+Kβrh×(Ta−25)”を算出し、切片βを求める(ステップS406)。すなわち、図12(a)から判るように、切片βの値は、温度に比例するものと仮定し、25℃〜150℃の範囲の比例定数(すなわち温度係数Kβrh)を用いて、ステップS404で算出した温度Taに対応する切片βを算出する。
一方、ステップS403でVF≧VFrの場合、図12(b)から判るように、半導体チップCHP2bの温度は、−40℃〜25℃の範囲となる。そこで、VF≧VFrの場合、演算処理回路MPUは、記憶回路MEMの情報および−40℃〜25℃の範囲の各種温度係数を用いて、ステップS404〜S406の場合と同様にして、温度Ta、傾きαおよび切片βを算出する。簡単に説明すると、演算処理回路MPUは、“25−(VFr−VF)/KVFlr”から温度Taを算出し(ステップS407)、“αr−Kαlr×(25−Ta)”から傾きαを算出し(ステップS408)、“βr−Kβlr×(25−Ta)”から切片βを算出する(ステップS409)。
続いて、演算処理回路MPUは、ステップS404〜S406またはステップS407〜S409の算出結果に基づき、補正式“VIS=α×IL+β(IL=(VIS−β)/α)”を定める。そして、演算処理回路MPUは、図5の場合と同様に、アナログディジタル変換回路ADCからのディジタル信号(すなわち電流モニタ信号VIS)を当該補正式を用いて補正する。これにより、演算処理回路MPUは、負荷駆動端子PNldに流れる負荷電流ILの電流値を算出する(ステップS410)。
このように、演算処理回路MPUは、概略的には、温度モニタ信号VFと各種温度係数(Kαlr,Kαrh,Kβlr,Kβrh)とに基づき補正式(一次関数)の係数(傾きαおよび切片β)を補正する。そして、演算処理回路MPUは、アナログディジタル変換回路ADCからのディジタル信号(電流モニタ信号VIS)を、当該補正された係数を含む補正式を用いて補正する。これによって、演算処理回路MPUは、負荷駆動端子PNldに流れる負荷電流ILの電流値を算出する。
以上、本実施の形態3の方式を用いることで、実施の形態1で述べた各種効果に加えて、さらに、より高精度な電流検出機能を備えた半導体装置SIPbを提供することが可能になる。具体的には、実施の形態1の場合と同様に、図18(a)および図18(b)で述べた誤差要因(A)〜(C)を補正できることに加えて、さらに、誤差要因(D)(すなわち(A)〜(C)の温度依存性)を補正することが可能になる。
例えば、自動車等の用途では、電子制御ユニットは、例えば−40℃〜150℃といった幅広い温度環境下で使用されるため、誤差要因(D)の影響が大きくなる恐れがある。一方、実施の形態1で述べたように、仮に電子制御ユニットを検査対象とする場合、このような幅広い温度で検査を行うことは、現実的に困難な恐れがある。そこで、本実施の形態3の方式を用いることが有益となる。
なお、ここでは、温度センサ回路TSENを半導体チップCHP1bに搭載したが、場合によっては、半導体チップCHP2bに搭載することも可能である。ただし、より高精度化を図る観点(すなわち、補正対象となる回路により近い箇所の温度を検出する観点)では、半導体チップCHP1bに搭載することが望ましい。また、外部端子PNt1,PNt2は、実施の形態2の場合と同様にして1個に統合してもよい。
さらに、温度依存性を含めた補正式の情報は、必ずしも、図9および図11で述べたような情報に限定されない。例えば、温度モニタ信号VFから直接的に傾きαおよび切片βを算出するような式を用いるといったように、適宜、式の統廃合を行い、当該式の係数を補正式の情報としてもよい。あるいは、実施の形態1でも述べたように、式の全てまたは一部をテーブルで構成し、当該テーブルの情報を補正式の情報としてもよい。
(実施の形態4)
《半導体装置(実施の形態4)の構成》
図14(a)は、本発明の実施の形態4による半導体装置において、それを備えた電子制御ユニットの主要部の概略構成例を示す回路ブロック図であり、図14(b)は、図14(a)における電流検出回路の構成例を示す回路図である。図14(a)に示す電子制御ユニットECUは、図2(a)の構成例と比較して、主に、半導体装置SIPcの構成が異なっている。
図14(a)の半導体装置SIPcは、図2(a)に示した外部端子PNvc,PNvd,PNg,PNld,PNm1,PNm2に加えて外部端子PNs1,PNs2を備える。また、図14(a)の半導体チップCHP2cは、図2(a)の半導体チップCHP2に対して、さらに、バスBSに接続される汎用IOインタフェース回路GPIOを備える。図14(a)の半導体チップCHP1cは、図2(a)の半導体チップCHP1と比較して、電流検出回路IDETcの構成が異なっている。電流検出回路IDETcは、図14(b)に示されるように、図2(b)の電流検出回路IDETと比較して、電流検出用抵抗Rcsが複数の抵抗値を設定可能な可変抵抗となっている点が異なっている。
図14(b)の例では、電流検出用抵抗Rcsは、PMOSトランジスタMP1のドレインと、接地電源電圧GNDとの間に接続される電流検出用抵抗Rcs1と、電流検出用抵抗Rcs1の両端間に順に接続されるスイッチSWおよび電流検出用抵抗Rcs2とを備える。例えば、電流検出用抵抗Rcs1,Rcs2の抵抗値が同一の場合、スイッチSWをオンにすることで、電流検出用抵抗Rcsの抵抗値は半分になる。
また、半導体チップCHP1cは、当該スイッチSWのオン・オフを制御することで複数の抵抗値を設定するための電極パッド(端子)PDs1を備える。電極パッドPDs1は、外部端子PNs1に接続される。外部端子PNs1は、電子制御ユニットECUの配線基板を介して外部端子PNs2に接続され、外部端子PNs2を介して電極パッドPDs2に接続される。これにより、半導体チップCHP2cの演算処理回路MPUは、バスBSおよび汎用IOインタフェース回路GPIOを介して電極パッドPDs2に所定の信号を出力することで、電極パッドPDs1を介して電流検出用抵抗Rcsの抵抗値を設定することが可能である。
このような構成において、本実施の形態4では、半導体チップCHP2cの記憶回路MEMは、半導体装置SIPcの検査工程で得られる、電流検出用抵抗Rcsに設定可能な複数の抵抗値毎の補正式の情報を保持する。また、演算処理回路MPUは、電極パッド(端子)PDs1を介して電流検出用抵抗Rcsの抵抗値を設定し、アナログディジタル変換回路ADCからのディジタル信号(すなわち電流モニタ信号VIS)を、当該電流検出用抵抗Rcsの抵抗値に対応する補正式を用いて補正することで、負荷駆動端子PNldに流れる負荷電流ILの電流値を算出する。
《半導体装置(実施の形態4)の電流検出方法》
図15は、図14(a)および図14(b)の半導体装置において、その検査工程の一例を示すフロー図である。図15において、まず、所定の検査装置は、外部端子(抵抗値設定端子)PNs1を介して、電流検出用抵抗Rcsの抵抗値を設定する(ステップS501)。次に、検査装置は、図3で述べたステップS101〜S106と、ステップS107と同様のステップS502とを実行する。
次いで、検査装置は、全抵抗条件での検査を完了したか否かを判別する(ステップS503)。全抵抗条件での検査を完了していない場合、検査装置は、ステップS501へ戻り、同様の処理を繰り返す。この繰り返しの中で、検査装置は、ステップS502において、各抵抗値毎の補正式の情報(ここでは傾きαおよび切片βの値)を半導体チップCHP2cの記憶回路MEMに書き込む。これにより、演算処理回路MPUは、負荷電流ILを検出する際に、電流検出用抵抗Rcsの抵抗値を設定すると共に、当該抵抗値に対応する補正式の情報を記憶回路MEMから読み出し、当該補正式を用いて電流モニタ信号VISから負荷電流ILを算出すればよい。
以上、本実施の形態4の方式を用いることで、実施の形態1で述べた各種効果に加えて、さらに、次のような効果が得られる。まず、前提として、実施の形態1のようにして電流検出用抵抗Rcsを内蔵すると、その抵抗値に基づいて、負荷電流ILの電流値の測定範囲が固定化される。この場合、例えば、半導体装置の用途がある程度定まっていれば(すなわち負荷LODの定格電力が定まっていれば)、抵抗値も定められるため、特に問題は生じない。
ただし、例えば、部品組み立てメーカは、当該半導体装置を様々な種類の負荷LODに適用したいような場合や、電流値の測定範囲を一時的に変更したいような場合がある。このような場合に、本実施の形態4の方式を用いると、部品組み立てメーカは電流値の測定範囲を設定することができ、電流測定に際しての自由度の向上が図れる。さらに、この設定された各測定範囲において、電流検出の高精度化も実現できる。
なお、図14(b)の例では、電流検出用抵抗Rcs2およびスイッチSWの組合せを、1セット設けたが、2セット以上設けてもよい。ただし、セット数が多くなる場合、電極パッドPDs1の数(ならびにそれに伴う配線数)も増加する。そこで、電極パッドPDs1等の数を低減するため、例えば、半導体チップCHP1c内にデコーダを搭載し、デコーダを介して各スイッチSWのオン・オフを制御するような構成にしてもよい。
また、図14(a)では、外部端子PNs1,PNs2を設け、その間を電子制御ユニットECUの配線基板で接続したが、実施の形態2の場合と同様に、半導体装置CHP1c内で、電極パッドPDs1,PDs2間を接続してもよい。ただし、この場合、電極パッドPDs2および外部端子PNs2は専用端子となる。一方、部品組み立てメーカは、電流検出抵抗Rcs1しか使用しないような場合がある。この場合、図14(a)の構成例を用いることで、部品組み立てメーカは、電極パッドPDs2および外部端子PNs2(例えば、GPIO(General Purpose Input Output)ポート等)を他の用途で使用することができる。この際には、部品組み立てメーカは、外部端子PNs1を接地電源電圧GNDに接続すればよい。
さらに、本実施の形態4の方式は、勿論、実施の形態3と組み合わせることができる。この場合、各抵抗値毎に温度を変えながら検査を行えばよい。
(実施の形態5)
《半導体装置(実施の形態5)の構成》
図16(a)は、本発明の実施の形態5による半導体装置において、その主要部の概略構成例を示す回路ブロック図であり、図16(b)は、図16(a)における演算処理回路の処理内容の一例を示すフロー図である。図16(a)に示す半導体装置SIPdは、図6および図7に示した半導体装置SIPaと比較して、さらに、外部端子PNz1,PNz2を備える点と、半導体チップCHP2dにテストプログラムが実装される点とが異なっている。
演算処理回路MPUは、例えば、記憶回路MEMに保持されるテストプログラムに基づいて、図16(b)に示すような処理を実行する。図16(b)において、演算処理回路MPUは、外部端子(テスト入力端子)PNz1でトリガ信号を受信したか否かを判別する(ステップS601)。トリガ信号を受信した場合、演算処理回路MPUは、電流モニタ信号VISの電圧値をアナログディジタル変換回路ADCを用いて測定する(ステップS602)。次いで、演算処理回路MPUは、アナログディジタル変換回路ADCの測定結果(ディジタル信号)を外部端子(テスト出力端子)PNz2へ送信する(ステップS603)。
《半導体装置(実施の形態5)の電流検出方法》
図17は、図16(a)および図16(b)の半導体装置において、その検査工程の一例を示すフロー図である。図17に示す検査工程は、図3に示した検査工程と比較して、ステップS701が追加される点と、図3のステップS102が図17のステップS102a,S102bに変更される点と、図3のステップS104が図17のステップS104a,S104bに変更される点とが異なっている。
図17において、所定の検査装置は、まず、半導体チップCHP2dに図16(b)に示したようなテストプログラムを実行させる(ステップS701)。次いで、所定の検査装置は、負荷駆動端子PNldに電流I1を印加した状態で(ステップS101)、テスト入力端子PNz1にトリガ信号を印加する(ステップS102a)。これに応じて、演算処理回路MPUは、図16(b)に示したように、アナログディジタル変換回路ADCからのディジタル信号に基づき、電流モニタ信号VISの電圧V1を測定し、当該ディジタル信号をテスト出力端子PNz2へ出力する。検査装置は、テスト出力端子PNz2から当該ディジタル信号(すなわち電圧V1)を取得する(ステップS102b)。
同様に、検査装置は、負荷駆動端子PNldに電流I2を印加した状態で(ステップS103)、テスト入力端子PNz1にトリガ信号を印加する(ステップS104a)。これに応じて、演算処理回路MPUは、アナログディジタル変換回路ADCからのディジタル信号に基づき、電流モニタ信号VISの電圧V2を測定し、当該ディジタル信号をテスト出力端子PNz2へ出力する。検査装置は、テスト出力端子PNz2から当該ディジタル信号(すなわち電圧V2)を取得する(ステップS104b)。
以上のように、本実施の形態5の方式は、実施の形態1の方式と異なり、検査装置ではなく、半導体チップCHP2d内のアナログディジタル変換回路ADCが電圧V1,V2を測定する方式となっている。そして、検査装置は、当該測定結果に基づいて、補正式の情報(ここでは傾きαおよび切片β)を定める(ステップS105〜S107)。
その結果、本実施の形態5の方式を用いることで、実施の形態1で述べた各種効果に加えて、さらに、アナログディジタル変換回路ADCの変換誤差を含めて補正を行うことが可能になる。これにより、電流検出の更なる高精度化が図れる場合がある。なお、外部端子PNz1,PNz2は、特にテスト用の専用端子である必要はなく、既存の外部端子を併用する形(すなわちテストプログラム実行時のみでテスト用の端子として機能する形)で設けられればよい。
以上、本発明者によってなされた発明を実施の形態に基づき具体的に説明したが、本発明は前記実施の形態に限定されるものではなく、その要旨を逸脱しない範囲で種々変更可能である。例えば、前述した実施の形態は、本発明を分かり易く説明するために詳細に説明したものであり、必ずしも説明した全ての構成を備えるものに限定されるものではない。また、ある実施の形態の構成の一部を他の実施の形態の構成に置き換えることが可能であり、また、ある実施の形態の構成に他の実施の形態の構成を加えることも可能である。また、各実施の形態の構成の一部について、他の構成の追加・削除・置換をすることが可能である。
例えば、ここでは、半導体チップの記憶回路に、半導体装置の検査工程(半導体チップの電流検出回路の検査結果)によって得られる補正式の情報を書き込み、これに基づいて、半導体チップでの電流検出結果を補正する場合を例に説明を行った。ただし、本実施の形態の本質は、半導体チップの各種検出回路に対する各種検査データを、他の半導体チップの記憶回路に格納し、これに基づいて、半導体チップの各種検出回路での検出結果を補正することであり、必ずしも、前述したような電流検出の場合に限定されるものではない。
ADC アナログディジタル変換回路
AMP アンプ回路
BS バス
BW ボンディングワイヤ
CHP 半導体チップ
CHS シャーシ
CN コネクタ
Cd LPF用コンデンサ
D1 ダイオード
DAMP 差動アンプ回路
DEV 半導体装置
DP ダイパッド
DRV ドライバ回路
ECU 電子制御ユニット
FLS フラッシャー
GND 接地電源電圧
GPIO 汎用IOインタフェース回路
IDET 電流検出回路
IL 負荷電流
IS 定電流源
LD リード
LN 配線
LOD 負荷
LPF ロウパスフィルタ回路
MEM 記憶回路
MP PMOSトランジスタ
MPU 演算処理回路
P コネクタ端子
PCB 配線基板
PD 電極パッド
PKG パッケージ
PN 外部端子
Qcs 電力検出用トランジスタ
Qd 電力供給用トランジスタ
Rcs 電力検出用抵抗
Rf LPF用抵抗
SIP 半導体装置
TSEN 温度センサ回路
VCC,VDD 電源電圧
VIS 電流モニタ信号
VREG 電源レギュレータ装置
Vbat バッテリ電圧

Claims (17)

  1. 1個のパッケージに搭載される第1の半導体チップおよび第2の半導体チップと、負荷駆動端子とを備える半導体装置の電流検出方法であって、
    前記第1の半導体チップは、前記負荷駆動端子を介して負荷に電力を供給する電力供給用トランジスタと、前記負荷駆動端子に流れる電流を検出する電流検出回路とを有し、
    前記第2の半導体チップは、記憶回路を有し、
    前記半導体装置の検査工程では、前記第1の半導体チップにおける前記電流検出回路の電気的特性が検査され、当該検査結果に基づいて得られる補正式の情報が前記第2の半導体チップの前記記憶回路に書き込まれ、
    前記第2の半導体チップは、前記電流検出回路による検出結果を前記補正式の情報に基づいて補正する、
    半導体装置の電流検出方法。
  2. 請求項1記載の半導体装置の電流検出方法において、
    前記第1の半導体チップは、さらに、第1の端子を有し、
    前記電流検出回路は、前記負荷駆動端子に流れる電流を反映した電圧を前記第1の端子に出力する電流検出用抵抗を有し、
    前記第2の半導体チップは、さらに、
    前記第1の端子に接続するための第2の端子と、
    前記第2の端子に入力されるアナログ信号をディジタル信号に変換するアナログディジタル変換回路と、
    前記ディジタル信号を処理する演算処理回路と、
    を有する、
    半導体装置の電流検出方法。
  3. 請求項2記載の半導体装置の電流検出方法において、
    前記半導体装置の検査工程は、
    前記負荷駆動端子に第1の電流を印加し、前記第1の端子に出力される第1の電圧を測定する第1の工程と、
    前記負荷駆動端子に前記第1の電流とは異なる電流値を持つ第2の電流を印加し、前記第1の端子に出力される第2の電圧を測定する第2の工程と、
    前記第1の電流と前記第2の電流との差分値と、前記第1の電圧と前記第2の電圧との差分値との関係に基づき補正式の情報を定める第3の工程と、
    前記補正式の情報を前記記憶回路に書き込む第4の工程と、
    を有し、
    前記演算処理回路は、前記ディジタル信号を前記補正式を用いて補正することで、前記負荷駆動端子に流れる電流の電流値を算出する、
    半導体装置の電流検出方法。
  4. 請求項3記載の半導体装置の電流検出方法において、
    前記補正式は、一次関数であり、
    前記補正式の情報は、前記一次関数の係数である、
    半導体装置の電流検出方法。
  5. 請求項3記載の半導体装置の電流検出方法において、
    前記第1の半導体チップまたは前記第2の半導体チップは、さらに、温度を表す値を持つ温度モニタ信号を出力する温度センサ回路を有し、
    前記半導体装置の検査工程は、
    前記半導体装置を第1の温度の環境下に設置した状態で前記第1の工程、前記第2の工程および前記第3の工程を実行し、さらに、前記温度モニタ信号を測定する第5の工程と、
    前記半導体装置を前記第1の温度とは異なる第2の温度の環境下に設置した状態で前記第1の工程、前記第2の工程および前記第3の工程を実行し、さらに、前記温度モニタ信号を測定する第6の工程と、
    前記第5の工程で得られる前記補正式の情報および前記温度モニタ信号の測定結果と、前記第6の工程で得られる前記補正式の情報および前記温度モニタ信号の測定結果とに基づき、温度依存性を含めた前記補正式の情報を定める第7の工程と、
    前記温度依存性を含めた前記補正式の情報を前記記憶回路に書き込む第8の工程と、
    を有し、
    前記演算処理回路は、前記ディジタル信号を、前記温度モニタ信号に応じた前記補正式を用いて補正することで、前記負荷駆動端子に流れる電流の電流値を算出する、
    半導体装置の電流検出方法。
  6. 請求項5記載の半導体装置の電流検出方法において、
    前記温度依存性を含めた前記補正式の情報は、一次関数の係数と、前記一次関数の係数の温度依存性を表す温度係数とを含み、
    前記演算処理回路は、前記温度モニタ信号と前記温度係数とに基づき前記一次関数の係数を補正し、前記ディジタル信号を、前記補正された係数を持つ一次関数を用いて補正することで、前記負荷駆動端子に流れる電流の電流値を算出する、
    半導体装置の電流検出方法。
  7. 請求項3記載の半導体装置の電流検出方法において、
    前記電流検出用抵抗は、複数の抵抗値を設定可能な可変抵抗であり、
    前記第1の半導体チップは、さらに、前記複数の抵抗値を設定するための第3の端子を備え、
    前記半導体装置の検査工程では、前記第3の端子を介して前記電流検出用抵抗の抵抗値が設定され、前記複数の抵抗値毎に前記第1の工程、前記第2の工程、前記第3の工程および前記第4の工程が実行され、
    前記演算処理回路は、前記第3の端子を介して前記電流検出用抵抗の抵抗値を設定し、前記ディジタル信号を、前記電流検出用抵抗の抵抗値に対応する前記補正式を用いて補正することで、前記負荷駆動端子に流れる電流の電流値を算出する、
    半導体装置の電流検出方法。
  8. 請求項3記載の半導体装置の電流検出方法において、
    前記パッケージ内には、前記第1の端子と前記第2の端子とを接続する配線が設けられ、
    前記第1の工程および前記第2の工程では、所定の検査装置が前記第1の電流および前記第2の電流を印加し、前記演算処理回路が前記アナログディジタル変換回路からの前記ディジタル信号に基づき前記第1の電圧および前記第2の電圧を測定する、
    半導体装置の電流検出方法。
  9. 請求項1〜8のいずれか1項に記載の半導体装置の電流検出方法において、
    前記半導体装置は、車両の電子制御ユニット(ECU)で用いられる、
    半導体装置の電流検出方法。
  10. 1個のパッケージに搭載される第1の半導体チップおよび第2の半導体チップと、負荷駆動端子とを備える半導体装置であって、
    前記第1の半導体チップは、
    前記負荷駆動端子を介して負荷に電力を供給する電力供給用トランジスタと、
    前記電力供給用トランジスタを駆動するドライバ回路と、
    第1の端子と、
    前記負荷駆動端子に流れる電流を検出し、当該電流を反映した電圧を前記第1の端子に出力する電流検出用抵抗と、
    を有し、
    前記第2の半導体チップは、
    前記第1の端子に接続するための第2の端子と、
    前記第2の端子に入力されるアナログ信号をディジタル信号に変換するアナログディジタル変換回路と、
    前記半導体装置の検査工程で得られる補正式の情報を保持する記憶回路と、
    前記ディジタル信号を前記補正式を用いて補正することで、前記負荷駆動端子に流れる電流の電流値を算出する演算処理回路と、
    を有する、
    半導体装置。
  11. 請求項10記載の半導体装置において、
    前記パッケージ内には、前記第1の端子と前記第2の端子とを接続する配線が設けられる、
    半導体装置。
  12. 請求項10記載の半導体装置において、
    前記第1の半導体チップは、さらに、前記電力供給用トランジスタの所定倍のトランジスタサイズで構成され、前記ドライバ回路によって前記電力供給用トランジスタと並列に駆動されることで前記電力供給用トランジスタに流れる電流を反映した電流を流す電流検出用トランジスタを有し、
    前記電流検出用抵抗は、前記電流検出用トランジスタと直列に接続される、
    半導体装置。
  13. 請求項12記載の半導体装置において、
    前記第1の半導体チップは、さらに、前記電流検出用抵抗の一端と前記第1の端子との間に設けられ、ロウパスフィルタの一部を構成する第1の抵抗を有し、
    前記第1の端子は、前記パッケージの外部端子に接続され、当該外部端子には、前記ロウパスフィルタの他の一部を構成するコンデンサが接続可能になっている、
    半導体装置。
  14. 請求項10記載の半導体装置において、
    前記電流検出用抵抗は、複数の抵抗値を設定可能な可変抵抗であり、
    前記第1の半導体チップは、さらに、前記複数の抵抗値を設定するための第3の端子を備え、
    前記記憶回路は、前記半導体装置の検査工程で得られる前記複数の抵抗値毎の前記補正式の情報を保持する、
    半導体装置。
  15. 請求項10〜14のいずれか1項に記載の半導体装置において、
    前記補正式は、一次関数であり、
    前記補正式の情報は、前記一次関数の係数である、
    半導体装置。
  16. 請求項10〜14のいずれか1項に記載の半導体装置において、
    前記第1の半導体チップまたは前記第2の半導体チップは、さらに、温度を表す値を持つ温度モニタ信号を出力する温度センサ回路を有し、
    前記記憶回路は、さらに、前記半導体装置の検査工程で得られる温度依存性を含めた前記補正式の情報を保持し、
    前記演算処理回路は、前記ディジタル信号を、前記温度モニタ信号に応じた前記補正式を用いて補正することで、前記負荷駆動端子に流れる電流の電流値を算出する、
    半導体装置。
  17. 請求項10〜14のいずれか1項に記載の半導体装置において、
    前記半導体装置は、車両の電子制御ユニット(ECU)で用いられる、
    半導体装置。
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