JP2018017605A - 半導体装置及びそれを備えた半導体システム - Google Patents

半導体装置及びそれを備えた半導体システム Download PDF

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成平 竹村
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Abstract

【課題】半導体装置の出力信号が伝搬するボンディングワイヤの不良を検出することが可能な半導体装置及びそれを備えた半導体システムを提供すること。
【解決手段】一実施の形態によれば、半導体装置１は、半導体チップＣＨＰ１と、リードフレームＬＦ１１と、リードフレームＬＦ１１と半導体チップＣＨＰ１とを接続するボンディングワイヤＢＷ１１，ＢＷ１２と、を備え、半導体チップＣＨＰ１は、ボンディングワイヤＢＷ１１に接続され、半導体チップＣＨＰ１内において生成された出力信号Ｓ１が供給されるパッドＰＤ１１と、ボンディングワイヤＢＷ１２に接続され、リードフレームＬＦ１１からのフィードバック信号Ｓ２が供給されるパッドＰＤ１２と、パッドＰＤ１１に供給される出力信号Ｓ１と、パッドＰＤ１２に供給されるフィードバック信号Ｓ２と、を比較する故障検出回路１４と、を有する。
【選択図】図１

Description

本発明は、半導体装置及びそれを備えた半導体システムに関し、例えばボンディングワイヤの故障を検出するのに適した半導体装置及びそれを備えた半導体システムに関する。
半導体装置の高集積化に伴って、半導体装置と外部機器との間の信号経路上に設けられたボンディングワイヤの微細化及び低コスト化が進んでいるため、ボンディングワイヤが断線や溶解等によって故障する可能性は高まってきている。ボンディングワイヤが故障すると半導体装置による外部機器の正確な制御が困難になるため、ボンディングワイヤの故障を検出する必要性は高まってきている。
特に、半導体装置の出力信号によって車載用モータの駆動を制御する半導体システムでは、安全性能を向上させるためにも、半導体装置から車載用モータに至るまでの信号経路上に設けられたボンディングワイヤの故障を検出することは非常に重要である。
関連する技術が特許文献１に開示されている。特許文献１に開示された半導体デバイスは、外部からボンディングワイヤを介して供給された入力信号がそれぞれ第１及び第２のルートを介して入力される第１及び第２の入力端子を有するテスト回路と、第１のルート及び第２のルートがボンディングの正常な場合と不良な場合とで異なる経路となるように設けられた配線と、第１のルートと第２のルートとでテスト回路に入力されるタイミングを調整する遅延手段と、を備える。そして、この半導体デバイスは、テスト回路の検出結果に基づいてボンディング不良を検出している。
特開２００９−１４７１４２号公報
しかしながら、特許文献１に開示された構成は、外部から半導体デバイスに供給される入力信号が伝搬するボンディングワイヤの故障を検出することはできるが、半導体デバイスから外部に出力される信号が伝搬するボンディングワイヤの故障を検出することができないという問題があった。そのため、例えば、半導体装置の出力信号によって車載用モータの駆動を制御する半導体システムでは、特許文献１に開示された構成を採用しても、半導体装置から車載用モータに至るまでの信号経路上に設けられたボンディングワイヤの故障を検出することができず、その結果、車載用モータの安全性能を向上させることができなかった。その他の課題と新規な特徴は、本明細書の記述および添付図面から明らかになるであろう。
一実施の形態によれば、半導体装置は、リードフレームと半導体チップとを接続する第１及び第２ボンディングワイヤを備え、前記半導体チップは、前記第１ボンディングワイヤに接続され、前記半導体チップ内において生成された出力信号が供給される第１パッドと、前記第２ボンディングワイヤに接続され、前記リードフレームからのフィードバック信号が供給される第２パッドと、前記第１パッドに供給される前記出力信号と、前記第２パッドに供給される前記フィードバック信号と、を比較する故障検出回路と、を有する。
前記一実施の形態によれば、半導体装置の出力信号が伝搬するボンディングワイヤの不良を検出することが可能な半導体装置及びそれを備えた半導体システムを提供することができる。
実施の形態１に係る半導体装置の構成例を示す概略平面図である。 図１に示す半導体装置に設けられた故障検出回路の具体的構成例を示すブロック図である。 図１に示す半導体装置の第１の変形例を示す概略平面図である。 図１に示す半導体装置の第２の変形例を示す概略平面図である。 図１に示す半導体装置の第３の変形例を示す概略平面図である。 図１に示す半導体装置の第４の変形例を示す概略平面図である。 実施の形態２に係る半導体装置の構成例を示す概略平面図である。 図７に示す半導体装置に設けられた故障検出回路の第１の具体的構成例を示すブロック図である。 図７に示す半導体装置に設けられた故障検出回路の第２の具体的構成例を示すブロック図である。 図７に示す半導体装置が搭載された半導体システムの構成例を示す図である。 図７に示す半導体装置の第１の変形例を示す概略平面図である。 図７に示す半導体装置の第２の変形例を示す概略平面図である。 図７に示す半導体装置の第３の変形例を示す概略平面図である。 図７に示す半導体装置の第４の変形例を示す概略平面図である。
以下、図面を参照しつつ、実施の形態について説明する。なお、図面は簡略的なものであるから、この図面の記載を根拠として実施の形態の技術的範囲を狭く解釈してはならない。また、同一の要素には、同一の符号を付し、重複する説明は省略する。
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、それらはお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、応用例、詳細説明、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よい。
さらに、以下の実施の形態において、その構成要素（動作ステップ等も含む）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。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、上記数等（個数、数値、量、範囲等を含む）についても同様である。
＜実施の形態１＞
図１は、実施の形態１にかかる半導体装置１の構成例を示す概略平面図である。本実施の形態にかかる半導体装置１は、例えば、車両に搭載され、モータを駆動するためのインバータを制御する。ここで、本実施の形態に係る半導体装置１は、第１及び第２パッドとリードフレームとをそれぞれ接続する第１及び第２ボンディングワイヤと、チップ内部で生成されて第１パッドに供給される出力信号と、リードフレームから第２パッドにフィードバックされるフィードバック信号と、を比較する故障検出回路と、を備える。それにより、本実施の形態にかかる半導体装置１は、当該半導体装置から外部に出力される信号が伝搬するボンディングワイヤの故障を検出することができる。以下、具体的に説明する。
図１に示すように、半導体装置１のパッケージＰＫＧ１内には、半導体チップＣＨＰ１と、リードフレームＬＦ１１と、ボンディングワイヤ（第１ボンディングワイヤ）ＢＷ１１と、ボンディングワイヤ（第２ボンディングワイヤ）ＢＷ１２と、が少なくとも設けられている。
また、半導体チップＣＨＰ１上には、内部回路１１と、出力バッファ１２と、入力バッファ１３と、入力バッファ１６と、故障検出回路１４と、パッドＰＤ１１，ＰＤ１２と、が少なくとも設けられている。なお、図１の例では、出力信号Ｓ１に対応する一組のパッドＰＤ１１，ＰＤ１２のみが示されているが、当然ながら他の出力信号及び他の入力信号に対応する任意の組のパッドが設けられてもよい。
パッドＰＤ１１，ＰＤ１２は、半導体チップＣＨＰ１の外周辺に沿って設けられている。リードフレームＬＦ１１は、パッドＰＤ１１，１２に対応して設けられ、パッケージＰＫＧ１の外周辺から外部に張り出すようにして設けられている。
リードフレームＬＦ１１の一端とパッドＰＤ１１，ＰＤ１２とは、それぞれ、ボンディングワイヤＢＷ１１，ＢＷ１２によって接続されている。リードフレームＬＦ１１の他端は、例えばボード上に設けられた電送路Ｌ１１の一端に接続されている。電送路Ｌ１１の他端は、例えばインバータに接続されている。
内部回路１１は、例えばマイクロコンピュータ（マイコン）であって、モータ等の外部機器から出力された情報を受け取り、その情報に基づいてインバータを制御するための制御信号を出力する。本例では、内部回路１１が、外部機器からの情報として入力信号Ｓｉｎを受け取り、インバータを制御する制御信号として出力信号ＳＯを出力し、出力信号ＳＯの出力を許可するか否かを制御するイネーブル信号ＯＥを出力している。
例えば、内部回路１１は、出力信号ＳＯを出力信号Ｓ１として外部に出力する場合、イネーブル信号ＯＥをアクティブ（例えばＨレベル）にする。それにより、出力バッファ１２は、出力信号ＳＯをドライブして出力信号Ｓ１として出力する。換言すると、出力バッファ１２は、出力信号ＳＯを外部機器が認識できる程度にまで増幅させて出力信号Ｓ１として出力する。この出力信号Ｓ１は、パッドＰＤ１に供給された後、ボンディングワイヤＢＷ１１及びリードフレームＬＦ１１を伝搬して、電送路Ｌ１１に供給される。その後、出力信号ＳＯは、電送路Ｌ１１を伝搬して、例えば図示しないインバータに供給される。
ここで、パッドＰＤ１１からボンディングワイヤＢＷ１１を伝搬してリードフレームＬＦ１１に供給された出力信号Ｓ１は、ボンディングワイヤＢＷ１２を伝搬してパッドＰＤ１２にフィードバックされる。以下、リードフレームＬＦ１１からパッドＰＤ１２にフィードバックされた信号をフィードバック信号Ｓ２と称す。
入力バッファ１３は、リードフレームＬＦ１１からパッドＰＤ１２にフィードバックされたフィードバック信号Ｓ２をドライブして出力する。なお、フィードバック信号Ｓ２の振幅が十分に大きければ、入力バッファ１３は設けられていなくてもよい。
他方、内部回路１１は、外部からの入力信号Ｓｉｎを受け取る場合、イネーブル信号ＯＥをインアクティブ（例えばＬレベル）にする。それにより、出力バッファ１２の出力は、ハイインピーダンス状態になる。このとき、入力バッファ１６は、外部機器から電送路Ｌ１１、リードフレームＬＦ１１及びボンディングワイヤＢＷ１１を伝搬してパッドＰＤ１１に供給された入力信号Ｓｉｎをドライブして出力する。そして、内部回路１１は、入力バッファ１６によってドライブされた入力信号Ｓｉｎを受け取る。
故障検出回路１４は、出力信号ＳＯとフィードバック信号Ｓ２とを比較することにより、出力バッファ１２の故障の有無のみならず、ボンディングワイヤＢＷ１１の故障の有無を検出し、検出結果ＤＴを出力する。
例えば、出力バッファ１２及びボンディングワイヤＢＷ１１が故障しておらず、フィードバック信号Ｓ２の電圧レベルと出力信号ＳＯの電圧レベルとが一致する場合、故障検出回路１４は、検出結果ＤＴをアクティブ（例えばＨレベル）にする。
それに対し、ボンディングワイヤＢＷ１１が断線や溶解により故障して、フィードバック信号Ｓ２の電圧レベルと出力信号ＳＯの電圧レベルとが一致しない場合、故障検出回路１４は、検出結果ＤＴをインアクティブ（例えばＬレベル）にする。この場合、例えば別途設けられた制御回路より、インバータによるモータの駆動を停止させたり、インバータをフェイルセーフ動作させたりする。
（故障検出回路１４の具体的構成例）
図２は、故障検出回路１４の具体的構成の一例を示すブロック図である。
図２に示すように、故障検出回路１４は、ＡＤコンバータ１４１と、ＡＤコンバータ１４２と、判定回路１４３と、を備える。判定回路１４３は、一致検出回路１４４と、許容誤差設定部１４５と、を有する。
ＡＤコンバータ１４１は、出力信号ＳＯの電圧をデジタル値（第１デジタル信号）に変換して出力する。ＡＤコンバータ１４２は、フィードバック信号Ｓ２の電圧をデジタル値（第２デジタル信号）に変換して出力する。一致検出回路１４４は、ＡＤコンバータ１４１から出力された出力信号ＳＯのデジタル値と、ＡＤコンバータ１４２から出力されたフィードバック信号Ｓ２のデジタル値と、が一致しているか否かを検出し、検出結果ＤＴを出力する。
例えば、一致検出回路１４４は、出力信号ＳＯのデジタル値とフィードバック信号Ｓ２のデジタル値とが一致する場合、検出結果ＤＴをアクティブ（例えばＨレベル）にし、出力信号ＳＯのデジタル値とフィードバック信号Ｓ２のデジタル値とが一致しない場合、検出結果ＤＴをインアクティブ（例えばＬレベル）にする。
ここで、出力信号ＳＯのデジタル値とフィードバック信号Ｓ２のデジタル値との間には、配線抵抗等に起因して誤差が発生する可能性がある。そこで、許容誤差設定部１４５は、誤差の許容値を一致検出回路１４４に対して設定する。それにより、一致検出回路１４４は、出力信号ＳＯのデジタル値とフィードバック信号Ｓ２のデジタル値との差分が誤差の許容値の範囲内の場合に、これらが一致していると判定する。
なお、故障検出回路１４の構成は、図２の構成に限られない。例えば、出力信号ＳＯが故障検出回路１４に到達するタイミングと、当該出力信号ＳＯに対応するフィードバック信号Ｓ２が故障検出回路１４に到達するタイミングと、を揃えるために、出力信号ＳＯの伝搬経路上に遅延回路をさらに設けてもよい。あるいは、出力信号ＳＯのデジタル値と、当該出力信号ＳＯに対応するフィードバック信号Ｓ２のデジタル値と、をそれぞれラッチするラッチ回路をさらに設けてもよい。
さらに、例えば、故障検出回路１４は、出力信号ＳＯの電圧とフィードバック信号Ｓ２の電圧とをそれぞれデジタル値に変換せずに直接比較する構成であってもよい。あるいは、故障検出回路１４は、出力信号ＳＯのＨレベル又はＬレベルの論理値と、フィードバック信号Ｓ２のＨレベル又はＬレベルの論理値と、が一致しているか否かを検出する構成であってもよい。
このように、本実施の形態にかかる半導体装置１は、パッドＰＤ１１，ＰＤ１２とリードフレームＬＦ１１とをそれぞれ接続するボンディングワイヤＢＷ１１，ＢＷ１２と、パッドＰＤ１１に供給される出力信号Ｓ１の駆動前の信号である出力信号ＳＯと、リードフレームＬＦ１１からパッドＰＤ１２にフィードバックされるフィードバック信号Ｓ２と、を比較する故障検出回路１４と、を備える。それにより、本実施の形態にかかる半導体装置１は、当該半導体装置１から外部に出力される信号が伝搬するボンディングワイヤＢＷ１１の故障を検出することができる。
その結果、例えば、半導体装置１の出力信号によって車載用モータの駆動を制御する半導体システムでは、半導体装置１から車載用モータに至るまでの信号経路上に設けられたボンディングワイヤＢＷ１１の故障を検出することができるため、車載用モータの安全性能を向上させることができる。
本実施の形態にかかる半導体装置１の構成は、上記構成に限られず、趣旨を逸脱しない範囲で適宜変更可能である。以下、半導体装置１の変形例について、いくつか簡単に説明する。
（半導体装置１の第１変形例）
図３は、半導体装置１の第１変形例を半導体装置１ａとして示す概略平面図である。半導体装置１ａでは、半導体装置１の場合と比較して、故障検出回路１４の比較対象が異なる。
具体的には、故障検出回路１４は、出力バッファ１２によって駆動される前の出力信号ＳＯに代えて出力バッファ１２によって駆動された後の出力信号Ｓ１と、フィードバック信号Ｓ２と、を比較している。半導体装置１ａのその他の構成については、半導体装置１の場合と同様であるため、その説明を省略する。
半導体装置１は、出力バッファ１２及びボンディングワイヤＢＷ１１の何れかが故障したことを検出することはできるが、出力バッファ１２及びボンディングワイヤＢＷ１１のうちどちらが故障したかを検出することまではできなかった。それに対し、半導体装置１ａは、出力バッファ１２及びボンディングワイヤＢＷ１１のうちボンディングワイヤＢＷ１１が故障したことを検出することができる。
なお、半導体装置１ａの構成に対し、出力バッファ１２の故障を検出する構成をさらに追加してもよい。それにより、出力バッファ１２及びボンディングワイヤＢＷ１１のそれぞれの故障を個別に検出することができる。
（半導体装置１の第２変形例）
図４は、半導体装置１の第２変形例を半導体装置１ｂとして示す概略平面図である。半導体装置１では、出力信号Ｓ１の外部への出力、及び、外部からの入力信号Ｓｉｎの供給が何れもパッドＰＤ１１を経由して行われていた。それに対し、半導体装置１ｂでは、出力信号Ｓ１の外部への出力、及び、外部からの入力信号Ｓｉｎの供給がそれぞれ異なるパッドＰＤ１１，ＰＤ１２を経由して行われている。
したがって、半導体装置１ｂでは、出力信号Ｓ１を外部に出力する場合、リードフレームＬＦ１１からのフィードバック信号Ｓ２がボンディングワイヤＢＷ１２を伝搬してパッドＰＤ１２に供給され、外部からの入力信号Ｓｉｎを受け取る場合、モータ等の外部機器からの入力信号Ｓｉｎが電送路Ｌ１１、リードフレームＬＦ１１及びボンディングワイヤＢＷ１２を伝搬してパッドＰＤ１２に供給される。
なお、半導体装置１ｂでは、外部からの入力信号Ｓｉｎの供給、及び、フィードバック信号Ｓ２の供給が何れもパッドＰＤ１２を経由して行われるため、入力バッファ１３，１６は共通化される。本例では、入力バッファ１３のみが使用されている。
例えば、内部回路１１は、外部からの入力信号Ｓｉｎを受け取る場合、イネーブル信号ＯＥをインアクティブ（例えばＬレベル）にする。それにより、出力バッファ１２の出力は、ハイインピーダンス状態になる。このとき、入力バッファ１３は、外部機器から電送路Ｌ１１、リードフレームＬＦ１１及びボンディングワイヤＢＷ１２を伝搬してパッドＰＤ１２に供給された入力信号Ｓｉｎをドライブして出力する。そして、内部回路１１は、入力バッファ１３によってドライブされた入力信号Ｓｉｎを受け取る。
半導体装置１ｂのその他の構成については、半導体装置１の場合と同様であるため、その説明を省略する。
半導体装置１ｂは、半導体装置１と同等程度の効果を奏することができる。さらに、半導体装置１ｂは、入力バッファ１３，１６を共通化することができるため、回路規模の増大を抑制することができる。
（半導体装置１の第３変形例）
図５は、半導体装置１の第３変形例を半導体装置１ｃとして示す概略平面図である。半導体装置１ｃでは、半導体装置１ａの特徴部分の一つと、半導体装置１ｂの特徴部分の一つと、が組み合わせて用いられている。
具体的には、半導体装置１ｃでは、故障検出回路１４が、出力バッファ１２によって駆動される前の出力信号ＳＯに代えて出力バッファ１２によって駆動された後の出力信号Ｓ１と、フィードバック信号Ｓ２と、を比較している。さらに、半導体装置１ｃでは、出力信号Ｓ１の外部への出力、及び、外部からの入力信号Ｓｉｎの供給がそれぞれ異なるパッドＰＤ１１，ＰＤ１２を経由して行われている。
半導体装置１ｃのその他の構成については、半導体装置１の場合と同様であるため、その説明を省略する。
半導体装置１ｃは、半導体装置１ａ及び半導体装置１ｃのそれぞれと同等程度の効果を奏することができる。つまり、半導体装置１ｃは、出力バッファ１２及びボンディングワイヤＢＷ１１のうちボンディングワイヤＢＷ１１が故障したことを検出することができるとともに、入力バッファ１３，１６を共通化することができるため回路規模の増大を抑制することができる。
（半導体装置１の第４変形例）
図６は、半導体装置１の第４変形例を半導体装置１ｄとして示す概略平面図である。半導体装置１では、出力信号Ｓ１の外部への出力、及び、外部からの入力信号Ｓｉｎの供給が行われていた。それに対し、半導体装置１ｄでは、出力信号Ｓ１の外部への出力、及び、外部からの入力信号Ｓｉｎの供給のうち、出力信号Ｓ１の外部への出力のみが行われている。
したがって、半導体装置１ｄには、入力信号Ｓｉｎの伝搬経路が設けられていない。また、出力バッファ１２の出力をハイインピーダンス状態に制御する構成も設けられていない。半導体装置１ｄのその他の構成については、半導体装置１の場合と同様であるため、その説明を省略する。
半導体装置１ｄも、半導体装置１と同等程度の効果を奏することができる。即ち、半導体装置１ｄは、当該半導体装置１ｄから外部に出力される信号が伝搬するボンディングワイヤＢＷ１１の故障を検出することができる。その結果、例えば、半導体装置１ｄの出力信号によって車載用モータの駆動を制御する半導体システムでは、半導体装置１ｄから車載用モータに至るまでの信号経路上に設けられたボンディングワイヤＢＷ１１の故障を検出することができるため、車載用モータの安全性能を向上させることができる。
＜実施の形態２＞
図７は、実施の形態２にかかる半導体装置２の構成例を示す概略平面図である。半導体装置２では、半導体装置１の場合と比較して、イネーブル信号ＯＥだけでなく故障検出回路の検出結果ＤＴに基づいて出力バッファの出力が制御されている。
図７に示すように、半導体装置２のパッケージＰＫＧ２内には、半導体チップＣＨＰ２と、リードフレームＬＦ２１と、ボンディングワイヤ（第１ボンディングワイヤ）ＢＷ２１と、ボンディングワイヤ（第２ボンディングワイヤ）ＢＷ２２と、が少なくとも設けられている。
また、半導体チップＣＨＰ２上には、内部回路２１と、出力バッファ２２と、入力バッファ２３と、入力バッファ２６と、故障検出回路２４と、論理積回路（以下、ＡＮＤ回路と称す）２５と、パッドＰＤ２１，ＰＤ２２と、が少なくとも設けられている。なお、図７の例では、出力信号Ｓ１に対応する一組のパッドＰＤ２１，ＰＤ２２のみが示されているが、当然ながら他の出力信号及び他の入力信号に対応する任意の組のパッドが設けられてもよい。
なお、半導体装置２のパッケージＰＫＧ２、半導体チップＣＨＰ２、リードフレームＬＦ２１、ボンディングワイヤＢＷ２１，ＢＷ２２、内部回路２１、出力バッファ２２、入力バッファ２３，２６、パッドＰＤ２１，ＰＤ２２、及び、故障検出回路２４は、それぞれ、半導体装置１のパッケージＰＫＧ１、半導体チップＣＨＰ１、リードフレームＬＦ１１、ボンディングワイヤＢＷ１１，ＢＷ１２、内部回路１１、出力バッファ１２、入力バッファ１３，１６、パッドＰＤ１１，ＰＤ１２、及び、故障検出回路１４に対応する。
ＡＮＤ回路２５は、内部回路２１から出力されたイネーブル信号ＯＥと、故障検出回路２４の検出結果ＤＴと、の論理積をイネーブル信号ＥＮとして出力する。このイネーブル信号ＥＮによって出力バッファ２２の出力が制御される。イネーブル信号ＥＮによる出力バッファ２２の出力の制御については、イネーブル信号ＯＥによる出力バッファ１２の出力の制御と同様であるため、その説明を省略する。
故障検出回路２４の故障検出機能を有効にするか否かは、内部回路２１からの検出許可信号ＤＥによって制御される。例えば、検出許可信号ＤＥがＬレベルの場合、故障検出回路２４の故障検出機能は無効になる。具体的には、故障検出回路２４は、Ｈレベルの検出結果ＤＴを出力し続ける。それにより、イネーブル信号ＥＮにはイネーブル信号ＯＥの値がそのまま伝搬してくるため、出力バッファ２２の出力は、内部回路２１からのイネーブル信号ＯＥによって制御されることと等価になる。それに対し、検出許可信号ＤＥがＨレベルの場合、故障検出回路２４の故障検出機能は有効になる。具体的には、故障検出回路２４は、出力信号ＳＯとフィードバック信号Ｓ２とを比較することにより、出力バッファ２２及びボンディングワイヤＢＷ２１の故障の有無を検出し、検出結果ＤＴを出力する。
例えば、出力バッファ２２及びボンディングワイヤＢＷ２１が故障しておらず、フィードバック信号Ｓ２の電圧レベルと出力信号ＳＯの電圧レベルとが一致する場合、故障検出回路２４は、Ｈレベルの検出結果ＤＴを出力する。このとき、イネーブル信号ＥＮにはイネーブル信号ＯＥの値がそのまま伝搬してくるため、出力バッファ２２の出力は、内部回路２１からのイネーブル信号ＯＥによって制御されることと等価になる。つまり、半導体装置２では、通常動作が行われる。
それに対し、ボンディングワイヤＢＷ２１が断線や溶解により故障して、フィードバック信号Ｓ２の電圧レベルと出力信号ＳＯの電圧レベルとが一致しない場合、故障検出回路２４は、Ｌレベルの検出結果ＤＴを出力する。このとき、イネーブル信号ＥＮはイネーブル信号ＯＥに関わらずＬレベルに固定されるため、出力バッファ２２の出力はハイインピーダンス状態となる。つまり、出力バッファ２２からの出力は強制的に停止させられる。それにより、半導体装置２からインバータへの出力信号Ｓ１の供給が無くなるため、インバータによるモータの意図しない駆動が行われなくなる。
半導体装置２のその他の構成については、半導体装置１の場合と同様であるため、その説明を省略する。
本実施の形態では、故障検出回路２４により故障が検出された場合に、出力バッファ２２の出力がハイインピーダンス状態になる構成例について説明したが、これに限られない。故障検出回路２４により故障が検出された場合に、インバータによるモータの意図しない駆動を停止させるように、出力バッファ２２が所定の電圧レベルに固定する構成であってもよい。
（故障検出回路２４の第１の具体的構成例）
図８は、故障検出回路２４の第１の具体的構成例を故障検出回路２４ａとして示す図である。図８に示すように、故障検出回路２４ａは、ＡＤコンバータ２４１と、ＡＤコンバータ２４２と、判定回路２４３と、選択回路２４６と、を備える。判定回路２４３は、一致検出回路２４４と、許容誤差設定部２４５と、を有する。
なお、故障検出回路２４ａにおけるＡＤコンバータ２４１，２４２、判定回路２４３、一致検出回路２４４、及び、許容誤差設定部２４５は、それぞれ、故障検出回路１４におけるＡＤコンバータ１４１，１４２、判定回路１４３、一致検出回路１４４、及び、許容誤差設定部１４５に対応する。
選択回路２４６は、検出許可信号ＤＥに基づいて、ＡＤコンバータ２４１から出力された出力信号ＳＯのデジタル値と、ＡＤコンバータ２４２から出力されたフィードバック信号Ｓ２のデジタル値と、のうちの何れかを選択して出力する。
例えば、故障検出回路２４の故障検出機能を無効にする場合、選択回路２４６は、Ｌレベルの検出許可信号ＤＥに基づいて、ＡＤコンバータ２４１から出力された出力信号ＳＯのデジタル値を選択して出力する。このとき、一致検出回路２４４は、両入力端子に出力信号ＳＯのデジタル値が入力されるため、これらが一致していることを示すＨレベルの検出結果ＤＴを出力し続ける。それにより、イネーブル信号ＥＮにはイネーブル信号ＯＥの値がそのまま伝搬してくるため、出力バッファ２２の出力は、内部回路２１からのイネーブル信号ＯＥによって制御されることと等価になる。
それに対し、故障検出回路２４の故障検出機能を有効にする場合、選択回路２４６は、Ｈレベルの検出許可信号ＤＥに基づいて、ＡＤコンバータ２４２から出力されたフィードバック信号Ｓ２のデジタル値を選択して出力する。このとき、一致検出回路２４４は、ＡＤコンバータ２４１から出力された出力信号ＳＯのデジタル値と、ＡＤコンバータ２４２から出力されたフィードバック信号Ｓ２のデジタル値と、が一致しているか否かを検出し、検出結果ＤＴを出力する。
故障検出回路２４ａのその他の構成については、故障検出回路１４の場合と同様であるため、その説明を省略する。
なお、故障検出回路２４ａの構成は、図８の構成に限られない。例えば、出力信号ＳＯが故障検出回路２４ａに到達するタイミングと、当該出力信号ＳＯに対応するフィードバック信号Ｓ２が故障検出回路２４ａに到達するタイミングと、を揃えるために、出力信号ＳＯの伝搬経路上に遅延回路をさらに設けてもよい。あるいは、出力信号ＳＯのデジタル値と、当該出力信号ＳＯに対応するフィードバック信号Ｓ２のデジタル値と、をそれぞれラッチするラッチ回路をさらに設けてもよい。
さらに、例えば、故障検出回路２４ａは、出力信号ＳＯの電圧とフィードバック信号Ｓ２の電圧とをそれぞれデジタル値に変換せずに直接比較する構成であってもよい。あるいは、故障検出回路２４ａは、出力信号ＳＯのＨレベル又はＬレベルの論理値と、フィードバック信号Ｓ２のＨレベル又はＬレベルの論理値と、が一致しているか否かを検出する構成であってもよい。
（故障検出回路２４の第２の具体的構成例）
図９は、故障検出回路２４の第２の具体的構成例を故障検出回路２４ｂとして示す図である。故障検出回路２４ｂは、出力信号ＳＯのＨレベル又はＬレベルの論理値と、フィードバック信号Ｓ２のＨレベル又はＬレベルの論理値と、が一致しているか否かを検出する構成例である。
図９に示すように、故障検出回路２４ｂは、選択回路２４６と、否定排他的論理和回路（以下、ＸＮＯＲ回路と称す）２４７と、を有する。ＸＮＯＲ回路２４７は、故障検出回路２４ａにおける一致検出回路２４４に対応する。
例えば、検出許可信号ＤＥがＬレベルの場合、選択回路２４６は、出力信号ＳＯを選択して出力する。このとき、ＸＮＯＲ回路２４７は、両入力端子に出力信号ＳＯが入力されるため、Ｈレベルの検出結果ＤＴを出力し続ける。それに対し、検出許可信号ＤＥがＨレベルの場合、選択回路２４６は、フィードバック信号Ｓ２を選択して出力する。このとき、ＸＮＯＲ回路２４７は、出力信号ＳＯ及びフィードバック信号Ｓ２の否定排他的論理和を検出結果ＤＴとして出力する。
このように、本実施の形態にかかる半導体装置２は、パッドＰＤ２１，ＰＤ２２とリードフレームＬＦ２１とをそれぞれ接続するボンディングワイヤＢＷ２１，ＢＷ２２と、パッドＰＤ２１に供給される出力信号Ｓ１の駆動前の信号である出力信号ＳＯと、リードフレームＬＦ２１からパッドＰＤ２２にフィードバックされるフィードバック信号Ｓ２と、を比較する故障検出回路２４と、を備える。それにより、本実施の形態にかかる半導体装置２は、当該半導体装置２から外部に出力される信号が伝搬するボンディングワイヤＢＷ２１の故障を検出することができる。
その結果、例えば、半導体装置２の出力信号によって車載用モータの駆動を制御する半導体システムでは、半導体装置２から車載用モータに至るまでの信号経路上に設けられたボンディングワイヤＢＷ２１の故障を検出することができるため、車載用モータの安全性能を向上させることができる。
（半導体装置２の適用事例）
図１０は、半導体装置２が搭載された半導体システムＳＹＳ１の構成例を示す図である。
半導体システムＳＹＳ１は、例えば車載用モータを駆動する電子制御ユニットであって、半導体装置２と、フォトカプラ等の交流結合素子２７と、インバータ２８と、を少なくとも備える。なお、図１０には、三相交流のモータ２９も示されている。
半導体装置２には、出力バッファ、その出力信号が伝搬するボンディングワイヤ、その出力信号のフィードバック信号が伝搬するボンディングワイヤ、及び、故障検出回路からなる複数のブロックＢ１１〜Ｂ１６が設けられている。各ブロックＢ１１〜Ｂ１６の具体的な回路構成は、例えば、図７に示すブロックＢ１と同様である。
ブロックＢ１１〜Ｂ１６のそれぞれのボンディングワイヤの組は、リードフレームＬＦ２１〜ＬＦ２６に接続されている。リードフレームＬＦ２１〜ＬＦ２６のそれぞれから外部に出力される出力信号Ｕ１，Ｕ２，Ｖ１，Ｖ２，Ｗ１，Ｗ２は、フォトカプラ等の交流結合素子２７を介して、インバータ２８を構成するバイポーラトランジスタ（以下、単にトランジスタと称す）ＴＵ１，ＴＵ２，ＴＶ１，ＴＶ２，ＴＷ１，ＴＷ２のそれぞれのベースに印加される。
インバータ２８において、トランジスタＴＵ１，ＴＵ２は、電源電圧端子と接地電圧端子との間に直列に設けられ、それぞれのベースには半導体装置１の出力信号Ｕ１，Ｕ２が印加される。トランジスタＴＶ１，ＴＶ２は、電源電圧端子と接地電圧端子との間に直列に設けられ、それぞれのベースには半導体装置１の出力信号Ｖ１，Ｖ２が印加される。トランジスタＴＷ１，ＴＷ２は、電源電圧端子と接地電圧端子との間に直列に設けられ、それぞれのベースには半導体装置１の出力信号Ｗ１，Ｗ２が印加される。トランジスタＴＵ１，ＴＵ２の接続ノードから三相交流信号の一つである交流信号Ｕが出力される。トランジスタＴＶ１，ＴＶ２の接続ノードから三相交流信号の一つである交流信号Ｖが出力される。トランジスタＴＷ１，ＴＷ２の接続ノードから三相交流信号の一つである交流信号Ｗが出力される。そして、これら三相交流信号Ｕ，Ｖ，Ｗによってモータ２９の回転数が制御される。
本実施の形態にかかる半導体装置２の構成は、上記構成に限られず、趣旨を逸脱しない範囲で適宜変更可能である。以下、半導体装置２の変形例について、いくつか簡単に説明する。
（半導体装置２の第１変形例）
図１１は、半導体装置２の第１変形例を半導体装置２ａとして示す概略平面図である。半導体装置２ａでは、半導体装置２の場合と比較して、故障検出回路２４の比較対象が異なる。
具体的には、故障検出回路２４は、出力バッファ２２によって駆動される前の出力信号ＳＯに代えて出力バッファ２２によって駆動された後の出力信号Ｓ１と、フィードバック信号Ｓ２と、を比較している。半導体装置２ａのその他の構成については、半導体装置２の場合と同様であるため、その説明を省略する。
半導体装置２は、出力バッファ２２及びボンディングワイヤＢＷ２１の何れかが故障したことを検出することはできるが、出力バッファ２２及びボンディングワイヤＢＷ２１のうちどちらが故障したかを検出することまではできなかった。それに対し、半導体装置２ａは、出力バッファ２２及びボンディングワイヤＢＷ２１のうちボンディングワイヤＢＷ２１が故障したことを検出することができる。
なお、半導体装置２ａの構成に対し、出力バッファ２２の故障を検出する構成をさらに追加してもよい。それにより、出力バッファ２２及びボンディングワイヤＢＷ２１のそれぞれの故障を個別に検出することができる。
（半導体装置２の第２変形例）
図１２は、半導体装置２の第２変形例を半導体装置２ｂとして示す概略平面図である。半導体装置２では、出力信号Ｓ１の外部への出力、及び、外部からの入力信号Ｓｉｎの供給が何れもパッドＰＤ２１を経由して行われていた。それに対し、半導体装置２ｂでは、出力信号Ｓ１の外部への出力、及び、外部からの入力信号Ｓｉｎの供給がそれぞれ異なるパッドＰＤ２１，ＰＤ２２を経由して行われている。
したがって、半導体装置２ｂでは、出力信号Ｓ１を外部に出力する場合、リードフレームＬＦ２１からのフィードバック信号Ｓ２がボンディングワイヤＢＷ２２を伝搬してパッドＰＤ２２に供給され、外部からの入力信号Ｓｉｎを受け取る場合、モータ等の外部機器からの入力信号Ｓｉｎが電送路Ｌ２１、リードフレームＬＦ２１及びボンディングワイヤＢＷ２２を伝搬してパッドＰＤ２２に供給される。
なお、半導体装置２ｂでは、外部からの入力信号Ｓｉｎの供給、及び、フィードバック信号Ｓ２の供給が何れもパッドＰＤ２２を経由して行われるため、入力バッファ２３，２６は共通化される。本例では、入力バッファ２３のみが使用されている。
例えば、内部回路２１は、外部からの入力信号Ｓｉｎを受け取る場合、イネーブル信号ＯＥをインアクティブ（例えばＬレベル）にする。それにより、出力バッファ２２の出力は、ハイインピーダンス状態になる。このとき、入力バッファ２３は、外部機器から電送路Ｌ２１、リードフレームＬＦ２１及びボンディングワイヤＢＷ２２を伝搬してパッドＰＤ２２に供給された入力信号Ｓｉｎをドライブして出力する。そして、内部回路２１は、入力バッファ２３によってドライブされた入力信号Ｓｉｎを受け取る。
半導体装置２ｂのその他の構成については、半導体装置２の場合と同様であるため、その説明を省略する。
半導体装置２ｂは、半導体装置２と同等程度の効果を奏することができる。さらに、半導体装置２ｂは、入力バッファ２３，２６を共通化することができるため、回路規模の増大を抑制することができる。
（半導体装置２の第３変形例）
図１３は、半導体装置２の第３変形例を半導体装置２ｃとして示す概略平面図である。半導体装置２ｃでは、半導体装置２ａの特徴部分の一つと、半導体装置２ｂの特徴部分の一つと、が組み合わせて用いられている。
具体的には、半導体装置２ｃでは、故障検出回路２４が、出力バッファ２２に入力される出力信号ＳＯに代えて出力バッファ２２から出力される出力信号Ｓ１と、フィードバック信号Ｓ２と、を比較している。さらに、半導体装置２ｃでは、出力信号Ｓ１の外部への出力、及び、外部からの入力信号Ｓｉｎの供給がそれぞれ異なるパッドＰＤ２１，ＰＤ２２を経由して行われている。
半導体装置２ｃのその他の構成については、半導体装置２の場合と同様であるため、その説明を省略する。
半導体装置２ｃは、半導体装置２ａ及び半導体装置２ｃのそれぞれと同等程度の効果を奏することができる。つまり、半導体装置２ｃは、出力バッファ２２及びボンディングワイヤＢＷ２１のうちボンディングワイヤＢＷ２１が故障したことを検出することができるとともに、入力バッファ２３，２６を共通化することができるため回路規模の増大を抑制することができる。
（半導体装置２の第４変形例）
図１４は、半導体装置２の第４変形例を半導体装置２ｄとして示す概略平面図である。半導体装置２では、出力信号Ｓ１の外部への出力、及び、外部からの入力信号Ｓｉｎの供給が行われていた。それに対し、半導体装置２ｄでは、出力信号Ｓ１の外部への出力、及び、外部からの入力信号Ｓｉｎの供給のうち、出力信号Ｓ１の外部への出力のみが行われている。
したがって、半導体装置２ｄには、入力信号Ｓｉｎの伝搬経路が設けられていない。また、内部回路２１によって出力バッファ２２の出力をハイインピーダンス状態に制御する構成も設けられていない。つまり、イネーブル信号ＯＥの信号線及びＡＮＤ回路２５が設けられていない。半導体装置２ｄのその他の構成については、半導体装置２の場合と同様であるため、その説明を省略する。
半導体装置２ｄも、半導体装置２と同等程度の効果を奏することができる。即ち、半導体装置２ｄは、当該半導体装置２ｄから外部に出力される信号が伝搬するボンディングワイヤＢＷ２１の故障を検出することができる。その結果、例えば、半導体装置２ｄの出力信号によって車載用モータの駆動を制御する半導体システムでは、半導体装置２ｄから車載用モータに至るまでの信号経路上に設けられたボンディングワイヤＢＷ２１の故障を検出することができるため、車載用モータの安全性能を向上させることができる。
以上のように、上記実施の形態１，２にかかる半導体装置１，２は、２つのパッドと一つのリードフレームとをそれぞれ接続する２つのボンディングワイヤと、一方のパッドに供給される出力信号Ｓ１（又はその駆動前の信号である出力信号ＳＯ）と、他方のパッドにリードフレームからフィードバックされるフィードバック信号Ｓ２と、を比較する故障検出回路とを備える。それにより、上記実施の形態１，２にかかる半導体装置１，２は、当該半導体装置から外部に出力される信号が伝搬するボンディングワイヤの故障を検出することができる。
その結果、例えば、半導体装置１，２の出力信号によって車載用モータの駆動を制御する半導体システムでは、半導体装置１，２から車載用モータに至るまでの信号経路上に設けられたボンディングワイヤの故障を検出することができるため、車載用モータの安全性能を向上させることができる。
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、本発明は既に述べた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において種々の変更が可能であることはいうまでもない。
例えば、上記の実施の形態に係る半導体装置では、半導体基板、半導体層、拡散層（拡散領域）などの導電型（ｐ型もしくはｎ型）を反転させた構成としてもよい。そのため、ｎ型、及びｐ型の一方の導電型を第１の導電型とし、他方の導電型を第２の導電型とした場合、第１の導電型をｐ型、第２の導電型をｎ型とすることもできるし、反対に第１の導電型をｎ型、第２の導電型をｐ型とすることもできる。
１ 半導体装置
１ａ〜１ｄ 半導体装置
２ 半導体装置
２ａ〜２ｃ 半導体装置
１１，２１ 内部回路
１２，２２ 出力バッファ
１３，２３ 入力バッファ
１４，２４ 故障検出回路
２４ａ，２４ｂ 故障検出回路
２５ 論理積回路（ＡＮＤ回路）
１６，２６ 入力バッファ
２７ 交流結合素子
２８ インバータ
２９ モータ
１４１ ＡＤコンバータ
１４２ ＡＤコンバータ
１４３ 判定回路
１４４ 一致検出回路
１４５ 許容誤差設定部
２４１ ＡＤコンバータ
２４２ ＡＤコンバータ
２４３ 判定回路
２４４ 一致検出回路
２４５ 許容誤差設定部
２４６ 選択回路
２４７ 否定排他的論理和回路（ＸＮＯＲ回路）
Ｂ１，Ｂ１１〜Ｂ１６ ブロック
ＢＷ１１，ＢＷ１２ ボンディングワイヤ
ＢＷ２１，ＢＷ２２ ボンディングワイヤ
ＣＨＰ１，ＣＨＰ２ 半導体チップ
Ｌ１１，Ｌ２１ 伝送路
ＬＦ１１，ＬＦ２１〜ＬＦ２６ リードフレーム
ＰＤ１１，ＰＤ１２ パッド
ＰＤ２１，ＰＤ２２ パッド
ＰＫＧ１，ＰＫＧ２ パッケージ
ＳＹＳ１ 半導体システム
ＴＵ１，ＴＵ２ バイポーラトランジスタ
ＴＶ１，ＴＶ２ バイポーラトランジスタ
ＴＷ１，ＴＷ２ バイポーラトランジスタ

Claims (11)

  1. 半導体チップと、
    リードフレームと、
    前記リードフレームと前記半導体チップとを接続する第１及び第２ボンディングワイヤと、を備え、
    前記半導体チップは、
    前記第１ボンディングワイヤに接続され、前記半導体チップ内において生成された出力信号が供給される第１パッドと、
    前記第２ボンディングワイヤに接続され、前記リードフレームからのフィードバック信号が供給される第２パッドと、
    前記第１パッドに供給される前記出力信号と、前記第２パッドに供給される前記フィードバック信号と、を比較する故障検出回路と、
    を有する、半導体装置。
  2. 前記故障検出回路は、前記出力信号及び前記フィードバック信号のそれぞれの電圧レベルの差分が所定値以上である場合に故障であると判定する、
    請求項１に記載の半導体装置。
  3. 前記故障検出回路は、前記出力信号及び前記フィードバック信号のそれぞれの論理値が異なる場合に故障であると判定する、
    請求項１に記載の半導体装置。
  4. 前記半導体チップは、
    前記故障検出回路により故障が検出されていない場合、前記出力信号を出力し、前記故障検出回路により故障が検出された場合、前記出力信号の出力を停止させる、出力バッファをさらに備えた、
    請求項１に記載の半導体装置。
  5. 前記出力バッファは、前記故障検出回路により故障が検出された場合、出力をハイインピーダンス状態にする、
    請求項４に記載の半導体装置。
  6. 前記出力バッファは、前記故障検出回路により故障が検出された場合、出力を所定の電圧レベルに固定する、
    請求項４に記載の半導体装置。
  7. 前記半導体チップは、
    前記出力信号を駆動して出力する出力バッファをさらに備え、
    前記故障検出回路は、
    前記出力バッファによって駆動される前の前記出力信号と、前記第２パッドに供給される前記フィードバック信号と、を比較する、
    請求項１に記載の半導体装置。
  8. 前記故障検出回路は、
    前記出力信号の電圧を第１デジタル信号に変換する第１ＡＤコンバータと、
    前記フィードバック信号の電圧を第２デジタル信号に変換する第２ＡＤコンバータと、
    前記第１デジタル信号が示す値と、前記第２デジタル信号が示す値と、の差分が所定範囲内に収まっているか否かを判定する判定回路と、
    を備えた請求項１に記載の半導体装置。
  9. 前記故障検出回路は、
    前記出力信号の電圧を第１デジタル信号に変換する第１ＡＤコンバータと、
    前記フィードバック信号の電圧を第２デジタル信号に変換する第２ＡＤコンバータと、
    前記第１デジタル信号が示す値と、前記第２デジタル信号が示す値と、が一致するか否かを判定する判定回路と、
    を備えた請求項１に記載の半導体装置。
  10. 請求項１に記載の半導体装置と、
    前記半導体装置の前記出力信号に基づいてモータを駆動するインバータと、
    を備える、半導体システム。
  11. 請求項１０に記載の半導体システムを搭載した車両。
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