JP2018044786A - 半導体装置、及び半導体装置のスクリーニング方法 - Google Patents

Abstract

【課題】実装後の出荷選別検査時に、市場不具合が起こる可能性のある製品をスクリーニングすることができる半導体装置を提供する。【解決手段】半導体装置は、電気的特性値を自己監視し、診断する監視診断回路７と、出荷選別検査時の電気的特性値が記録される記録回路８とを備える。監視診断回路は、記録回路に記録された電気的特性値と、実装後に計測された電気的特性値との偏差値に基づいて、市場不具合が発生するポテンシャルを推定する。ポテンシャルの推定では、電気的特性値の偏差値が所定値よりも大きいか否か判定し、所定値よりも大きい場合には、市場不具合が起こる可能性が高いと判定して出荷しない。【選択図】図１

Description

本発明は、例えば自動車用ＥＣＵ（Electronic Control Unit）で使用される半導体装置、及び半導体装置のスクリーニング方法に関する。

自動車用ＥＣＵで使用される各種の半導体装置は、ＥＣＵの高性能化、高精度化及び機能安全への対応から、種々の高精度回路、監視回路及び診断回路等を内蔵しており、これらは今後も多用されていく傾向にあると思われる。

一例として、特許文献１には、基準発振回路とこの回路の異常を検知するためのサブ発振回路とを１つのチップに内蔵したＩＣ（Integrated Circuit）が記載されている。基準発振回路の発振周波数は、各種のタイミング設定に利用されていることから、この基準発振回路の発振周波数をサブ発振回路により監視し、異常が発生した場合には外部に報告してシステム上の処置をするようになっている。両発振回路の発振周波数は、半導体装置メーカで検査及び選別されて所望の特性のものが出荷される。

特開平６−３７６００号公報

ところで、半導体装置メーカでは、基準発振回路の発振周波数のように製品の良否に関係する重要な電気的特性値については、出荷選別検査時に目標値からの誤差を測定し、仕様内のものを車両用電装品メーカやアセンブリメーカに納入している。

しかしながら、プリント回路基板への実装時に半導体装置に加わる熱ストレス等により、半導体装置内の素子の電気的特性が変化し、誤差が大きくなることがある。そして、製品が市場に出荷されてから加わる熱負荷や経年変化等で更に誤差が拡大すると、半導体装置に内蔵された監視診断機能により異常と判断され、ＥＣＵが本来の機能を果たせなくなる。
このため、製品の出荷選別検査時に、市場不具合（ユーザが車両を使用中の不具合）の起こる可能性がある製品をスクリーニングすることが要求されている。

本発明は上記のような事情に鑑みてなされたもので、その目的とするところは、実装後の出荷選別検査時に、市場不具合が起こる可能性のある製品をスクリーニングすることができる半導体装置、及び半導体装置のスクリーニング方法を提供することにある。

本発明の半導体装置は、電気的特性値を自己監視し、診断する監視診断回路と、出荷選別検査時の前記電気的特性値が記録される記録回路とを具備し、前記記録回路に記録された前記電気的特性値と、実装後に計測された前記電気的特性値との偏差値に基づいて、市場不具合が発生するポテンシャルを推定する、ことを特徴とする。

また、電気的特性値を自己監視し、診断する監視診断回路と、出荷選別検査時の前記電気的特性値を記録する記録回路とを具備する半導体装置を、実装後にスクリーニングする方法であって、前記半導体装置の実装後の前記電気的特性値を計測するステップと、前記記録回路に記録された前記電気的特性値を読み出すステップと、前記半導体装置の実装後に計測された前記電気的特性値と、前記記録回路から読み出した前記電気的特性値とを比較するステップと、比較した前記電気的特性値の偏差値に基づいて、市場不具合が発生するポテンシャルを推定するステップとを具備することを特徴とする。

本発明によれば、記録回路に記録された出荷選別検査時の電気的特性値と、実装後に計測した電気的特性値との偏差値に基づいて、市場不具合が発生するポテンシャルを推定することで、市場不具合が発生する可能性のある製品をスクリーニングすることができる。また、市場不具合が発生する可能性がある製品の出荷を抑制できる。

本発明の第１の実施形態に係る半導体装置を用いたＥＣＵの要部を抽出して概略構成を示すブロック図である。 本発明の第１の実施形態に係る半導体装置のスクリーニング方法を示すフローチャートである。 本発明の第２の実施形態に係る半導体装置について説明するためのブロック図である。 本発明の第３の実施形態に係る半導体装置を用いたＥＣＵの要部を抽出して概略構成を示すブロック図である。

以下、本発明の実施形態について図面を参照して説明する。
［第１の実施形態］
図１は、本発明の第１の実施形態に係る半導体装置を用いたＥＣＵの要部を抽出して概略構成を示している。ここでは、スクリーニングの対象となる半導体装置が、電源ＩＣの場合を例に取っている。ＥＣＵは、入力インタフェース１、マイクロコンピュータ（マイコン）２、ドライバ３、及びこれらに電源を供給する電源ＩＣ４を備えている。

入力インタフェース１には、エンジンや車両の制御に必要な種々のデータ、例えば各種のセンサによる測定データや各種のスイッチによる制御信号Ｄｉが入力される。マイクロコンピュータ２は、入力インタフェース１とドライバ３を制御しており、入力インタフェース１への入力Ｄｉに基づき、制御対象の装置や機器を制御するための種々の処理を行い、ドライバ３を介して駆動信号Ｄｏを制御対象の装置や機器に供給する。

電源ＩＣ４は、入力インタフェース１、マイクロコンピュータ２及びドライバ３に動作電源を与えるもので、入力インタフェース１への入力Ｄｉの入力タイミングやドライバ３からの駆動信号Ｄｏの出力タイミングも制御している。この電源ＩＣ４は、基準発振回路５、サブ発振回路６、発振周波数を自己監視し、診断する監視診断回路７、及び半導体装置メーカによる出荷選別検査時の基準発振回路５の発振周波数（製品の良否に関係する重要な電気的特性値）が記録された記憶回路（第１の記録回路）８等を備えている。

監視診断回路７は、基準発振回路５の発振周波数で、サブ発振回路６の発振周波数をカウントすることで周波数の相対誤差を測定し、この相対誤差が所定値を超えたときに基準発振回路５の異常と判定し、マイクロコンピュータ２に対してユーザに点検や修理を促すために異常信号ＳＥ１を出力する。また、監視診断回路７は、記憶回路８に記録された発振周波数と実装後に計測された発振周波数とを比較する比較回路部と、この比較回路部から得た両電気的特性値の偏差値を出力する出力回路部とを含んでいる。そして、両電気的特性値の偏差値に基づいて市場不具合が発生するポテンシャルを推定し、偏差値が所定値を超えた製品は出荷しないようにするために、出力回路部から異常信号ＳＥ２を出力する。なお、記憶回路８は、ＥＥＰＲＯＭ等の半導体記憶装置で構成される。

図２は、上述した本発明の第１の実施形態に係る半導体装置のスクリーニング方法を示している。半導体装置メーカは、半導体装置（本例では電源ＩＣ）の出荷選別検査時の基準発振回路５の発振周波数を記憶回路８に記録して出荷する（ステップＳ１）。車両用電装品メーカやアセンブリメーカは、電源ＩＣ４を自動車用ＥＣＵのプリント回路基板に実装する（ステップＳ２）。そして、電源ＩＣ４の実装後、あるいは製品を完成した後、スクリーニングを実施する。
スクリーニングでは、まず、監視診断回路７で実装後の基準発振回路５の発振周波数を測定し（ステップＳ３）、記憶回路８に記録された発振周波数を読み出す（ステップＳ４）。

次に、監視診断回路７の比較回路部で、実装後の基準発振回路５の発振周波数と出荷選別検査時の基準発振回路５の発振周波数とを比較し（ステップＳ５）、発振周波数の偏差値に基づいて、市場不具合が発生するポテンシャルを推定する。このポテンシャルの推定では、発振周波数の偏差値が所定値よりも大きいか否か判定し（ステップＳ６）、所定値よりも大きい場合には、市場不具合が起こる可能性が高いと判定して出力回路部から異常信号ＳＥ２を出力して出荷しないようにする（ステップＳ７）。一方、所定値よりも小さい場合には、市場不具合が起こる可能性が低いと判定し、良品として処理する（ステップＳ８）。

上記のような構成並びに方法によれば、記憶回路に記録された出荷選別検査時の発振周波数と、実装後に計測された発振周波数との偏差値に基づいて、市場不具合が発生するポテンシャルを推定するので、自動車用ＥＣＵの出荷時に、熱ストレス等が累積して市場不具合の起こる可能性が高くなった電源ＩＣ４をスクリーニングすることができる。これによって、市場不具合が発生する可能性がある製品の出荷を抑制できる。また、特殊な測定装置や測定機器を用いることなく、半導体装置の出荷選別検査時の記録を考慮してスクリーニングすることができる。しかも、車両用電装品メーカやアセンブリメーカが半導体装置の出荷時の情報を正確に把握できるので、この情報に基づき実装工程の管理をきめ細かく行うことで品質も向上できる。

＜変形例１＞
なお、上述した第１の実施形態では、監視診断回路７で記憶回路８に記録された出荷選別検査時の発振周波数と、実装後に測定した発振周波数との偏差値に基づいて市場不具合が発生するポテンシャルを推定するようにしたが、マイクロコンピュータ２により市場不具合が発生するポテンシャルを推定するようにしても良い。

＜変形例２＞
あるいは、実装後に測定した発振周波数を記録する記憶回路（第２の記録回路）を更に設け、この記憶回路に記録した実装後の発振周波数と、記憶回路８に記録された半導体装置の出荷選別検査時の発振周波数との偏差値を監視診断回路７で求めても良い。
＜変形例３＞
また、両発振周波数をＥＣＵの外部に読み出し、市場不具合が発生するポテンシャルの推定は、外部に接続した診断装置や診断機器等で診断することもできる。

＜変形例４＞
更に、出荷選別検査時の発振周波数を記憶する専用の記憶回路８を設けたが、半導体装置が半導体記憶装置等のデータ格納部を備えている場合には、この半導体記憶装置の空き記憶領域を用いるようにしても良い。半導体装置が備えるデータ格納部の一部を利用して電気的特性値のデータを保存することで、半導体装置の回路規模を増大させることなく市場不具合が発生するポテンシャルを推定する機能を実現できる。
＜変形例５＞
更に、半導体装置の出荷選別検査時の基準発振回路の発振周波数を監視及び診断する場合を例に取って説明したが、基準発振回路の発振周波数だけでなく出力電圧レベルも監視及び診断するようにしても良い。

［第２の実施形態］
図３は、本発明の第２の実施形態に係る半導体装置について説明するためのもので、製品の良否に関係する重要な電気的特性値として、基準電圧回路１１の出力電圧（必要に応じて更に出力電流）を自己監視し、診断するものである。基準電圧回路１１の出力電圧（基準電圧）は、半導体装置のアナログ特性の様々な基準として使用されており、これが所定の値を超えた場合は異常として処理され、ＥＣＵのシステムとして異常処理に移行する。記憶回路８には、半導体装置メーカにおいて実施された出荷選別検査時の出力電圧が記録されている。

基準電圧回路１１の出力電圧は、Ａ／Ｄコンバータ回路１２に供給されてデジタル信号に変換された後、監視診断回路７に供給される。監視診断回路７は、基準電圧回路１１の出力電圧を自己監視し、診断する。この出力電圧のレベルが所定値の範囲を超えた場合は、基準電圧回路１１の異常と判定して異常信号ＳＥ１を出力する。
また、監視診断回路７は、記憶回路８から読み出された出荷選別検査時の出力電圧と、実装後の基準電圧回路１１の出力電圧とを比較して得た、両出力電圧の偏差値に基づいて市場不具合が発生するポテンシャルを推定する。そして、偏差値が所定値を超えた製品は出荷しないようにするために、出力回路部から異常信号ＳＥ２を出力するようになっている。

本第２の実施形態に係る半導体装置のスクリーニングは、製品の良否に関係する重要な電気的特性値が、基準発振回路の発振周波数から基準電圧回路の出力電圧、あるいは出力電圧と出力電流になる点が第１の実施形態と異なるが、基本的には第１の実施形態と同様に実施することができ、同じ作用効果が得られる。

［第３の実施形態］
図４は、本発明の第３の実施形態に係る半導体装置を用いたＥＣＵの要部を抽出して概略構成を示している。本第３の実施形態では、上述した第１、第２の実施形態で示した発振周波数と基準電圧の自己監視診断機能に加えて、ドライバと入力インタフェースの電気的特性値にも自己監視診断機能を設けている。

すなわち、半導体装置２１は、電源部２２、ドライバ２３、入力インタフェース２４、通信インタフェース２５、インタフェース部２６、データ格納回路（記録回路）２７及びＡ／Ｄコンバータ回路１２等を備え、通信インタフェース２５を介してマイクロコンピュータ２とデータの授受を行うようになっている。
インタフェース部２６は、半導体装置２１の各ブロックとデータ格納回路２７との間、及び各ブロックとＡ／Ｄコンバータ回路１２との間のインタフェースを行う。また、このインタフェース部２６は、通信インタフェース２５を介して各ブロックとマイクロコンピュータ２との間のインタフェースを行う。

データ格納回路２７は、ＥＥＰＲＯＭ等の半導体記憶装置で構成され、半導体装置２１の各ブロックのデータをまとめて格納する機能を有する。
Ａ／Ｄコンバータ回路１２は、半導体装置２１の各ブロックのアナログ信号（アナログ値）をデジタル信号（デジタル値）に変換するもので、複数のアナログ信号がマルチプレックスで切り換え入力され、変換後のデジタル信号を各ブロックに出力するようになっている。

電源部２２は、基準発振回路５、サブ発振回路６、監視診断回路７及び基準電圧回路１１等を含んでいる。監視診断回路７は、基準発振回路５の発振周波数と基準電圧回路１１の出力電圧の監視と診断を行うもので、発振監視回路７ａと基準電圧監視回路７ｂとで構成されている。発振監視回路７ａは、基準発振回路５の発振周波数でサブ発振回路６の発振周波数をカウントすることで相対誤差を測定して監視する。この相対誤差が所定の値を超えたときには基準発振回路５の異常と判定し、判定結果をインタフェース部２６と通信インタフェース２５を介してマイクロコンピュータ２に送信する。

また、半導体装置メーカにおいて出荷選別検査時に測定した発振周波数は、インタフェース部２６を介してデータ格納回路２７に格納されている。半導体装置２１を実装した後、あるいは製品を完成した後で、出荷前に基準発振回路５の発振周波数を発振監視回路７ａに入力して測定する。この測定結果は、インタフェース部２６を介してデータ格納回路２７に格納する。そして、このデータ格納回路２７に格納されている半導体装置２１の出荷選別検査時の発振周波数と実装後の発振周波数を、通信インタフェース２５を介してマイクロコンピュータ２に送信する。マイクロコンピュータ２では、両発振周波数の偏差値に基づいて市場不具合が発生するポテンシャルを推定し、偏差値が所定値を超えた製品は出荷しないようにするために、推定結果を外部に出力または報知する。

基準電圧回路１１の出力電圧（基準電圧）は、半導体装置２１内のアナログ特性の様々な基準として使用されるものである。基準電圧回路１１の出力電圧は、インタフェース部２６を介してＡ／Ｄコンバータ回路１２に供給されてデジタル信号に変換された後、インタフェース部２６を介して基準電圧監視回路７ｂに供給される。この基準電圧監視回路７ｂは、基準電圧回路１１から出力される基準電圧を自己監視するように構成されている。

半導体装置メーカでの出荷選別検査時に測定した基準電圧回路１１の出力電圧は、インタフェース部２６を介してＡ／Ｄコンバータ回路１２に供給されてデジタル信号に変換された後、再びインタフェース部２６を介してデータ格納回路２７に格納されている。また、半導体装置２１の実装後には、基準電圧回路１１の出力電圧がインタフェース部２６を介してＡ／Ｄコンバータ回路１２に入力されてデジタル信号に変換された後、再びインタフェース部２６を介してデータ格納回路２７に格納される。そして、データ格納回路２７に格納されている半導体装置２１の出荷選別検査時の基準電圧回路１１の出力電圧と、実装後の基準電圧回路１１の出力電圧を、通信インタフェース２５を介してマイクロコンピュータ２に送信する。マイクロコンピュータ２では、両出力電圧の偏差値に基づいて市場不具合が発生するポテンシャルを推定し、偏差値が所定値を超えた製品は出荷しないようにするために、推定結果を外部に出力または報知する。

ドライバ２３及び入力インタフェース２４にはそれぞれ、同様な監視診断回路２９，３０が設けられており、ドライバ２３と入力インタフェース２４の自己監視と診断が行われている。これら監視診断回路２９，３０で得たドライバ２３と入力インタフェース２４の製品の良否に関係する重要な電気的特性値は、インタフェース部２６を介してデータ格納回路２７に記憶される。

そして、データ格納回路２７に記憶された電気的特性値のデータを、通信インタフェース２５を介してマイクロコンピュータ２に送信する。マイクロコンピュータ２では、両電気的特性値の偏差値に基づいて市場不具合が発生するポテンシャルを推定し、偏差値が所定値を超えた製品は出荷しないようにするために、推定結果を外部に出力または報知する。

上記構成を有する半導体装置を採用することにより、自動車用ＥＣＵの出荷検査時に車両用電装品メーカやアセンブリメーカが、熱ストレス等が累積して偏差値が大きくなった半導体装置をスクリーニングすることができるので、市場不具合となるポテンシャルを有するＩＣを搭載したＥＣＵが出荷されることを抑制でき、ＥＣＵの高信頼性化を実現できる。

＜変形例６＞
なお、上記第３の実施形態では、マイクロコンピュータ２により、発振周波数と基準電圧の偏差値に基づいて市場不具合が発生するポテンシャルを個別に推定し、それぞれの偏差値が所定値を超えたときに出荷しないようにしたが、発振周波数の偏差値と基準電圧の偏差値を関係づけて市場不具合が発生するポテンシャルを推定すれば、より高度な推定が可能となる。更に、監視診断回路２９，３０で得たドライバ２３と入力インタフェース２４の製品の良否に関係する電気的特性値も考慮して市場不具合が発生するポテンシャルを推定しても良い。

また、上述した第１、第２の実施形態と同様に、市場不具合が発生するポテンシャルの推定は、監視診断回路７，２９，３０でそれぞれ実施するように構成することもできる。
＜変形例７＞
第１乃至第３の実施形態では、自動車用ＥＣＵで使用される半導体装置を例に取って説明したが、自動車用ＥＣＵに限らず、様々な装置や機器で使用される半導体装置と、半導体装置のスクリーニングに適用できるのは勿論である。

以上、第１乃至第３の実施形態を用いて本発明の説明を行ったが、本発明は上記各実施形態に限定されるものではなく、実施段階ではその要旨を逸脱しない範囲で種々に変形することが可能である。また、上記各実施形態には種々の段階の発明が含まれており、開示される複数の構成要件の適宜な組み合わせにより種々の発明が抽出され得る。例えば各実施形態に示される全構成要件からいくつかの構成要件が削除されても、発明が解決しようとする課題の欄で述べた課題の少なくとも１つが解決でき、発明の効果の欄で述べられている効果の少なくとも１つが得られる場合には、この構成要件が削除された構成が発明として抽出され得る。

１…入力インタフェース、２…マイクロコンピュータ、３…ドライバ、４…電源ＩＣ、５…基準発振回路、６…サブ発振回路、７…監視診断回路、７ａ…発振監視回路、７ｂ…基準電圧監視回路、８…記憶回路（記録回路）、１１…基準電圧回路、１２…Ａ／Ｄコンバータ回路、２１…半導体装置、２２…電源部、２３…ドライバ、２４…入力インタフェース、２５…通信インタフェース、２６…インタフェース部、２７…データ格納回路、Ｄｉ…入力、Ｄｏ…駆動信号、ＳＥ１，ＳＥ２…異常信号

Claims (6)

1. 電気的特性値を自己監視し、診断する監視診断回路と、
   出荷選別検査時の前記電気的特性値が記録される第１の記録回路とを具備し、
   前記第１の記録回路に記録された前記電気的特性値と、実装後に計測された前記電気的特性値との偏差値に基づいて、市場不具合が発生するポテンシャルを推定する、ことを特徴とする半導体装置。
2. 実装後に計測された前記電気的特性値を記録する第２の記録回路を更に具備し、
   前記監視診断回路が、前記第１、第２の記録回路に記録された電気的特性値を比較する比較回路部と、前記比較回路部から得た前記電気的特性値の偏差値を出力する出力回路部とを含む、ことを特徴とする請求項１に記載の半導体装置。
3. 前記電気的特性値が、基準発振回路の発振周波数、基準発振回路の出力電圧レベル、基準電圧回路の出力電圧、及び基準電圧回路の出力電流の少なくともいずれか１つを含む、ことを特徴とする請求項１又は２に記載の半導体装置。
4. 前記第１、第２の記録回路が半導体記憶装置の空き記憶領域であり、この空き記憶領域に前記各電気的特性値が記憶される、ことを特徴とする請求項２又は３に記載の半導体装置。
5. 前記出力回路部から出力される偏差値が所定値を超えた製品は出荷しない、ことを特徴とする請求項２乃至４いずれか１つの項に記載の半導体装置。
6. 電気的特性値を自己監視し、診断する監視診断回路と、出荷選別検査時の前記電気的特性値を記録する記録回路とを具備する半導体装置を、実装後にスクリーニングする方法であって、
   前記半導体装置の実装後の前記電気的特性値を計測するステップと、
   前記記録回路に記録された前記電気的特性値を読み出すステップと、
   前記半導体装置の実装後に計測された前記電気的特性値と、前記記録回路から読み出した前記電気的特性値とを比較するステップと、
   比較した前記電気的特性値の偏差値に基づいて、市場不具合が発生するポテンシャルを推定するステップと
   を具備することを特徴とする半導体装置のスクリーニング方法。