JP3311953B2 - 半導体装置 - Google Patents

半導体装置

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Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の属する技術分野】本発明は、過熱検出および過
熱保護の機能を持たせたパワーMOS−FET等の半導
体装置に関するものである。
【0002】
【従来の技術】パワーMOS−FETは、Power Metal
Oxide Semiconductor Field EffectTransistorの略称
で、シリコン基板の上にソースとドレイン領域が相対し
ていて、両者の間の半導体表面にSiO2 酸化物の薄膜
を介してゲート用金属酸化物が存在し、ゲート・ソース
間に加えられた電圧により酸化膜直下の半導体表面に形
成される実効的な導電層( チャンネル) の電気伝導度を
変化させ、ドレイン・ソース間の電流を制御する固体電
子部品である。このパワーMOS−FETは低歪み・高
入力インピーダンスという利点の他に、製作が比較的容
易で材料も豊富という利点も持つためIC回路に近来最
大に活用されているところである。
【0003】ところが、このパワーMOS−FETの最
大の欠点は、他の半導体と同様に熱に弱いことである。
すなわち、パワーMOS−FETの温度が上昇すると、
半導体内部の原子にくっついていた電子が原子から離れ
て動きだし、抵抗率が下がるので、本来流れてはならな
い余分な電流が増加し、したがってそれによってさらに
温度が上がり、また余分な電流が流れるといったような
悪循環に陥り、最後にはパワーMOS−FETの熱破壊
に至るのである。シリコンでは150度Cくらいで熱破
壊している。
【0004】このため、従来はパワーMOS−FETチ
ップの一部に過熱検出素子および過熱保護回路を設けて
所定の温度以上になるとパワーMOS−FETの動作を
オフさせてパワーMOS−FETの熱破壊を防いでい
る。その1例を図2に示している。図2において、1は
パワーMOS−FETチップで、このチップの一部に過
熱検出回路2および過熱保護回路3を設け、所定の温度
以上になるとオフさせて熱破壊を防いでいる。このよう
に構成すると、過熱検出素子21がパワーMOS−FE
Tチップ1の中に位置しているので温度に対するレスポ
ンスが非常に良く、しかも集積化により低コスト化が図
れるというメリットがある。しかし、異なる仕様のパワ
ーMOS−FETにこの保護機能を持たせようとする
と、一から開発し直さなければならないという大きな欠
点があった。
【0005】これに対して、図3は上記欠点を解決する
ためになされた別の従来例で、パワーMOS−FET1
の上に過熱検出回路2を含む過熱保護回路3を接着(図
3の6の箇所)したものである。このようにすると、仕
様の異なるパワーMOS−FETに対してもその異なる
パワーMOS−FETの上にこの過熱保護回路を接着す
れば足りるので、同一の過熱保護回路で対応でき開発し
直す必要がなくなり、図2の半導体装置のもつ欠点は解
消された。
【0006】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら図3のよ
うな半導体装置においては、パワーMOS−FETチッ
プと過熱保護回路チップとを接着により固着しているの
で、パワーMOS−FETチップから熱が接着剤を介し
て過熱保護回路チップへ伝導するため、どうしても温度
に対するレスポンスが悪くなるという欠点があった。ま
た逆に、熱伝導性を上げるために接着剤層を薄くする
と、熱と経年変化に伴い過熱保護回路チップそのものが
パワーMOS−FETチップ上から離脱するおそれが生
じた。
【0007】
【課題を解決するための手段】本発明は上記課題を解決
するためになされたものである。すなわち、パワーMO
S−FETチップをハンダ付けするためのステムの少な
くとも中央部付近にくぼみをつけ、そのくぼみ内に細長
い形状の過熱検出回路チップをハンダ付けするようにし
たものである。また、過熱検出回路チップとパワーMO
S−FETとのすき間には高熱伝導性ゲルを充填してい
る。さらに過熱検出回路内の過熱検出素子をパワーMO
S−FETの中心付近に位置するようにしたものであ
る。
【0008】
【作用】本発明は、このようにステムの少なくとも中央
部付近にくぼみをつけ、そのくぼみ内に過熱検出回路チ
ップをハンダ付けし、ステムの上にパワーMOS−FE
Tチップをハンダ付けしたため、両チップともたがいに
近接してしかもステムにハンダ付けされるので、温度に
対するレスポンスがの問題は解消され、経年変化等によ
るチップの離脱の問題も解消され、高い信頼性が得られ
る。また、過熱検出回路チップとパワーMOS−FET
とのすき間には高熱伝導性ゲルを充填し、そして過熱検
出回路チップの過熱検出素子をパワーMOS−FETの
中心付近に位置するようにすると、レスポンスもいっそ
う向上する。さらに、過熱保護回路をパワーMOS−F
ETチップとは別チップとしているので、異なる仕様の
パワーMOS−FETに対しても同一の検出回路で対応
でき、図2の半導体装置のもつ欠点も解消される。
【0009】
【発明の実施の形態】次に、図面を参考にして本発明の
1実施の形態を説明する。第1図は本発明による半導体
装置で、1はパワーMOS−FETチップ、2は過熱検
出素子を含む過熱検出回路チップ、3は過熱保護回路、
4はステムである。ステムは通常、銅かアルミニウムで
製造される。このように構成された半導体装置におい
て、パワーMOS−FETチップ1を載置するステム4
の少なくとも中央部付近にくぼみ41をつけ、そのくぼ
み41内に過熱検出回路チップ2をハンダ付け(図1の
5に示す。)している。過熱保護回路3は過熱検出回路
からの出力を受けてパワーMOS−FETの動作をオフ
にし、パワーMOS−FETチップを過熱から防止す
る。過熱検出回路からの出力が無くなった時点で再びパ
ワーMOS−FETをオンにする。この過熱保護回路3
は過熱検出回路チップと共通にし一体のチップで製作す
るのが製造上も取り扱い上もコスト的にも有利である。
【0010】このステム4の上部にパワーMOS−FE
Tチップ1も同じくハンダ付け(図1の5に示す。)さ
れる。また、この状態でパワーMOS−FETチップ1
の中央部直下に過熱検出回路チップ2の過熱検出素子が
位置するようになるのが望ましい。なぜなら、パワーM
OS−FETチップ1の最も温度上昇の激しい中央部の
温度を検出することができるからである。さらに、この
ステムを四辺形に構成して、そこに設けられるくぼみ4
1を中央部付近から四辺形の1辺に向けてつけると細長
いくぼみ41となり、一方、過熱検出回路チップの形状
をそのくぼみ41内に納まる細長い形状とすることによ
り、パワーMOS−FETチップ1の冷却がくぼみによ
ってもそれほど損なわれず、しかもパワーMOS−FE
Tチップ1の過熱を正確に検出できるので、配線も短く
できて好都合である。
【0011】また、パワーMOS−FETチップ1の直
下の過熱検出回路2がパワーMOS−FETチップ1の
過熱を正確に検出するためには、その過熱検出回路2の
過熱検出素子21をパワーMOS−FETチップ1にで
きるだけ近接して配置することが肝要であるが、しかし
それでも過熱検出素子21とパワーMOS−FETとの
間にどうしてもすき間が生じるので、このすき間に高熱
伝導性ゲルを充填するとパワーMOS−FETチップ1
から過熱検出素子21への熱伝導がよくなるのでいっそ
う有利である。
【0012】図4に本発明で用いている過熱検出回路2
の1例が示されている。同図において、OPはオペ・ア
ンプ、VBは電源電圧である。ZDはツエナーダイオー
ドで、基準電圧を作っている。21は過熱検出素子で、
ダイオードを多数個接続して成るものである。ダイオー
ドの個数はつぎのようにして決められる。すなわち、ダ
イオードの導通端子電圧は温度が上昇するにしたがって
減少する傾向があるので、保護すべき所定温度以下のと
きにはダイオードの導通端子電圧の合計がツエナーダイ
オードZDのツエナー電圧を超えるように、そして所定
温度を超えたときツエナー電圧よりも低くなるような個
数に選んである。また、抵抗R1とツエナーダイオード
ZDとの直列回路と、抵抗R2と過熱検出素子21との
直列回路とでブリッジを形成し、抵抗R1と抵抗R2と
の接続点に電源電圧VBが印加され、抵抗R1とツエナ
ーダイオードZDとの接続点P1の電位がオペ・アンプ
OPの非反転入力端子に、抵抗R2と過熱検出素子21
との接続点P2の電位がオペ・アンプOPの反転入力端
子に接続されている。R3は帰還抵抗であり、オペ・ア
ンプOPはこの場合電源電圧VBによる単電源動作とな
っている。
【0013】したがって、オペ・アンプOPの出力をV
OUTとすると、このオペ・アンプの2入力電圧とVO
UTとの関係は次のようになる。 (1)VP1<VP2(所定温度以下)のとき、VOU
T=0 (2)VP1=VP2(所定温度)のとき、VOUT=
1/2VB (3)VP1>VP2(所定温度以上)のとき、VOU
T=VB
【0014】そこで、パワーMOS−FETチップ1の
温度が保護すべき所定温度以下のときは、(1)よりオ
ペ・アンプOP出力VOUT=0となり、過熱検出回路
2は過熱保護回路3に出力しない。つぎに、パワーMO
S−FETチップ1の温度が保護すべき所定温度になっ
たときは(2)よりVOUT=1/2VBとなる。さら
に、保護すべき所定温度以上になったときは(3)より
VOUT=VBとなる。そこで過熱保護回路3がこれら
の電圧1/2VB以上で過熱保護動作するようにしてお
けばよい。過熱保護回路3の動作の結果、パワーMOS
−FETチップ1の温度が下がり、保護すべき所定温度
以下に戻ったときは(3)よりVOUT=0となり、ふ
たたび過熱保護回路3は動作しなくなる。このように過
熱検出回路は、ある温度以上になると過熱信号を出力す
るようになる。パワーMOS−FETのゲートの遮断は
外部回路により行なうようにするとよい。また、従来例
のように直接ゲートを遮断してもよいが、パワーMOS
−FETの制御の自由度は低くなる。
【0015】以上の実施の形態では、パワーMOS−F
ETについて述べてきたが、本発明はこのパワーMOS
−FETに限定されるものではなく、過熱から保護され
なければならない半導体であればすべてについていえる
ことである。
【0016】
【発明の効果】以上のように、本発明はパワーMOS−
FETチップをハンダ付けするためのステムの少なくと
も中央部付近にくぼみをつけ、そのくぼみ内に細長い形
状の過熱検出回路チップをハンダ付けするようにしたた
め、両チップともステムにハンダ付けされるので、高い
信頼性が得られ、また、過熱検出回路チップとパワーM
OS−FETとのすき間には高熱伝導性ゲルを充填し、
そして過熱検出回路チップの過熱検出素子をパワーMO
S−FETの中心付近に位置するように構成したことに
より、温度に対するレスポンスも従来例と同等なものが
得られる。さらに、過熱保護回路をパワーMOS−FE
Tチップとは別チップとしているので、異なる仕様のパ
ワーMOS−FETに対しても同一の検出回路で対応で
きる。
【図面の簡単な説明】
【図1】パワーMOS−FETのステムにくぼみを設け
た本発明の実施例。
【図2】パワーMOS−FETチップの一部に過熱検出
素子および過熱保護回路を設けた従来例。
【図3】パワーMOS−FETの上に過熱保護回路を接
着した従来例。
【図4】図1に用いられる過熱検出回路の1例。
【符号の説明】
1 : パワーMOS−FETチップ 2 : 過熱検出回路 21 : 過熱検出素子 3 : 過熱保護回路 4 : ステム 41 : くぼみ 5 : ハンダ付け 6 : 接着 OP : オペ・アンプ ZD : ツエナーダイオード VB : 電源電圧
フロントページの続き (58)調査した分野(Int.Cl.7,DB名) H01L 23/34 - 23/473

Claims (2)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】少なくとも中央部付近にくぼみをつけられ
    四辺形ステムと、該くぼみ内にハンダ付けされた過熱
    検出回路チップと、該四辺形ステムの上にハンダ付けさ
    れたパワー半導体とから成る半導体装置において、前記
    くぼみが少なくとも中央部付近から1辺に向けて設けら
    れかつ前記過熱検出回路チップがその内に納まる細長い
    くぼみであり、前記過熱検出回路チップ内の過熱検出素
    子が前記パワー半導体の中心付近に位置するように前記
    過熱検出回路チップが前記くぼみ内に納められ、該過熱
    検出回路チップからの出力を受けて前記パワー半導体の
    保護をする過熱保護回路チップが前記過熱検出回路チッ
    プと一体に構成されていることを特徴とする半導体装
    置。
  2. 【請求項2】前記過熱検出回路チップと前記パワー半導
    体とのすき間に高熱伝導性ゲルが充填されたことを特徴
    とする請求項1記載の半導体装置。
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