JP3662114B2 - パワートランジスタ - Google Patents
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
この発明は、スイッチングレギュレータやシリーズレギュレータ等に用いられるパワートランジスタに関し、特に中電流および大電流用のパワートランジスタに関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来、パワートランジスタとしては、図１１に示すように、電流検出機能付のものがある。このパワートランジスタは、図示しないコレクタ層と、そのコレクタ層上に形成されたベース層と、そのベース層上にメッシュ状に形成された複数のエミッタ層とからなる複数のユニットトランジスタを有している。上記エミッタ層上にエミッタ電極３１をくし状に形成すると共に、上記ベース層上にエミッタ電極３１を囲むようにベース電極３２を形成し、各ユニットトランジスタが並列に接続された構造をしている。また、上記エミッタ電極３１およびベース電極３２の比較的広い部分には、エミッタボンディングパッド部３１aおよびベースボンディングパッド部３２aが夫々設けられている。そして、上記くし状のエミッタ電極３１の電流検出用配線部３１bの先端部(エミッタボンディングパッド部３１aより離れた部分)には、電流検出用配線部３１bの配線抵抗に起因する電圧降下により検出される電圧を取り出すための電流検出用ボンディングパッド部３１cを設けている。
【０００３】
上記パワートランジスタでは、図１１に示すように、エミッタ電極３１とベース電極３２とが交互にかみ合うように配置されており、トランジスタ動作が有効に行なわれるチップ中央部やベース電極３２の経路にパッドを設けると、トランジスタの有効面積を小さくすることになるので、ベースボンディングパッド部３２a,電流検出用ボンディングパッド部３１cをチップの端に配置している。
【０００４】
また、図１２は上記パワートランジスタの等価回路を示す回路図であり、各ユニットトランジスタＱ11〜Ｑ13,Ｑ21〜Ｑ23,Ｑ31〜Ｑ33のエミッタを、低抵抗のエミッタ電極３１の配線抵抗Ｒ40〜Ｒ42,Ｒ50〜Ｒ52,Ｒ60〜Ｒ62およびエミッタ電極３１の配線よりも抵抗が高い格子状パターンのエミッタ層の拡散抵抗Ｒ11,Ｒ12,Ｒ21,Ｒ22,Ｒ31,Ｒ32により夫々接続し、エミッタボンディングパッド部３１aに接続している。また、上記各ユニットトランジスタＱ11〜Ｑ13,Ｑ21〜Ｑ23,Ｑ31〜Ｑ33のコレクタをコレクタ電極４０に夫々接続すると共に、各ユニットトランジスタＱ11〜Ｑ13,Ｑ21〜Ｑ23,Ｑ31〜Ｑ33のベースをベースボンディングパッド部３２aに夫々接続している。上記ベースボンディングパッド部３２aと電流検出用ボンディングパッド部３１cとの間の電流検出用配線部３１bの両端電圧を検出する。すなわち、上記電流検出用配線部３１bの配線抵抗Ｒ40〜Ｒ42の電圧降下により検出電圧が得られる。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、図１２の等価回路に示すように、複数のユニットトランジスタＱ11〜Ｑ13,Ｑ21〜Ｑ23,Ｑ31〜Ｑ33が配列された構造のパワートランジスタでは、コレクタ・エミッタ間電圧が高く、コレクタ電流が大きい場合、ユニットトランジスタが多く集中しているチップ中央部の発熱が大きくなり、エミッタボンディングパッド部より距離が短く、エミッタ層の拡散抵抗の小さいエミッタボンディングパッド部周辺部に電流が集中しやすくなる。そうして、電流集中→発熱→電流増幅率の増加→さらに電流集中が繰り返され、短時間に電流が局所的に集中する。このため、チップの端の方の電流検出用ボンディングパッド部３１cで検出された検出電圧に基づいて制御を行っても、上記電流の集中しやすいチップ中央部で何倍もの電流が局部的に流れて、チップの信頼性が低下したり、チップが破壊されたりするという問題がある。
【０００６】
また、上記パワートランジスタでは、チップ表面のエミッタ電極の配線抵抗が小さく検出電圧が低くかったり、エミッタ電極の金属の温度特性が大きいためにチップの発熱による検出電圧の変化が大きかったり、さらにチップ生産時のエミッタ電極の厚みや幅等のバラツキが大きかったりするため、過電流に対する検出精度が低いという問題がある。
【０００７】
そこで、この発明の目的は、過電流を精度よく検出でき、チップの信頼性低下や破壊を防止できる電流検出機能付のパワートランジスタを提供することにある。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するため、請求項１のパワートランジスタは、主電流が流れるエミッタ電極に、エミッタボンディングパッド部と、上記エミッタボンディングパッド部に対して所定距離離れた電流検出用ボンディングパッド部と、上記エミッタボンディングパッド部と上記電流検出用ボンディングパッド部とを接続する電流検出用抵抗としての電流検出用配線部とを設けたパワートランジスタであって、上記電流検出用配線部は、上記エミッタ電極に過電流が流れたときに電流が集中しやすく他の領域よりも温度が高くなる領域に設け、上記エミッタ電極に、上記エミッタボンディングパッド部に対して所定距離離れた比較電流検出用ボンディングパッド部と、上記エミッタボンディングパッド部と上記電流検出用ボンディングパッド部とを接続する電流検出用抵抗としての比較電流検出用配線部とを設け、上記比較電流検出用配線部は、上記エミッタ電極に過電流が流れたときに上記電流検出用配線部の両端電圧と上記比較電流検出用配線部の両端電圧との電圧差が大きくなるように、上記エミッタ電極に過電流が流れたときに電流が集中しにくくかつ上記電流検出用配線部が設けられた上記領域よりも温度が低くなる上記他の領域に設けたことを特徴としている。
【０００９】
上記請求項１のパワートランジスタによれば、上記エミッタボンディングパッド部と上記電流検出用ボンディングパッド部とを接続する電流検出用配線部をチップ内の最も電流の集中しやすい場合に配置することによって、過電流が印加されて電流集中が生じた場合でも、上記電流検出用配線部の両端電圧に基づいて過電流を精度よく検出でき、チップの信頼性低下や破壊を防止できる。
【００１０】
【００１１】
また、上記電流検出用ボンディングパッド部と上記エミッタボンディングパッド部とを接続する電流検出用配線部の両端電圧と上記比較電流検出用ボンディングパッド部と上記エミッタボンディングパッド部とを接続する比較電流検出用配線部の両端電圧との電圧差は、通常のチップ内に均一に電流が流れているときは小さいか略ゼロに近く、過電流やコレクタ・エミッタ間電圧が高くなって電流が集中したときは大きくなる。したがって、上記電流検出用配線部の両端電圧と上記比較電流検出用配線部の両端電圧との電圧差を検出することによって、電力(電流×電圧)が大きくなってチップ内で電流集中が発生している場合のみを正確に検出することも可能となる。
【００１２】
また、請求項２のパワートランジスタは、請求項１のパワートランジスタにおいて、上記電流検出用配線部が上記エミッタボンディングパッド部と上記電流検出用ボンディングパッド部との間で分割され、その分割された電流検出用配線部が上記エミッタ電極の下側のエミッタ層を介して接続されていることを特徴としている。
【００１３】
上記請求項２のパワートランジスタによれば、上記電流検出用配線部をエミッタボンディングパッド部と電流検出用ボンディングパッド部との間で分割することによって、分割された電流検出用配線部は、エミッタ電極よりも抵抗率の大きいエミッタ層の拡散抵抗で接続されるため、エミッタボンディングパッド部と電流検出用ボンディングパッド部との間の両端電圧すなわち検出電圧が高くなる。そして、上記検出電圧のほとんどがエミッタ層の拡散抵抗の電圧降下によるものとなり、エミッタ層の拡散抵抗の電圧降下に対してエミッタ電極の配線抵抗の電圧降下の占める割合が少なくなり、生産時のエミッタ電極の厚みや幅のバラツキによる検出電圧に対する影響が小さくなる。さらに、上記エミッタ電極の金属(例えばＡl電極)よりもエミッタ層の半導体(例えばシリコン)の拡散抵抗の方が温度に対する抵抗値の変化が少なく、チップの温度変化による検出電圧に対する影響も小さくなる。したがって、過電流に対する検出精度をさらに向上できる。
【００１４】
【発明の実施の形態】
以下、この発明のパワートランジスタを図示の実施の形態により詳細に説明する。
【００１５】
（第１実施形態）
図１はこの発明の第１実施形態のパワートランジスタのチップの概略平面図であり、図２は図１のII−II線から見た断面図である。
【００１６】
図2に示すように、Ｐ型のコレクタ層６の一方の側にＮ型のベース拡散層７を形成し、そのベース拡散層７上に格子状パターンのＰ+型のエミッタ拡散層８を形成している。上記コレクタ層６,ベース拡散層７およびエミッタ拡散層８で複数のユニットトランジスタを構成している。上記コレクタ層６の他方の側にコレクタ電極１０を形成している。そして、コレクタ層６,ベース拡散層７およびエミッタ拡散層８上に、パターンニングされたシリコン酸化膜(絶縁膜)９を形成している。なお、図１の平面図では、拡散パターンを省略している。
【００１７】
上記コレクタ層６,ベース拡散層７とエミッタ拡散層８(図2に示す)で構成された複数のユニットトランジスタは、図１に示すように、エミッタ拡散層８上に形成されたくし状のエミッタ電極１と、そのエミッタ電極１を囲うようにベース拡散層７上に形成されたベース電極２とにより夫々接続されている。上記くし状のエミッタ電極１の広い部分には、金属ワイヤ等によりフレーム(図示せず)と電気的に接続するためのエミッタボンディングパッド部１aを形成すると共に、ベース電極２の広い部分には、金属ワイヤ等によりフレーム(図示せず)と電気的に接続するためのベースボンディングパッド部２aを形成している。また、上記エミッタ電極１には、上記エミッタボンディングパッド部１aから所定距離離れた電流検出用ボンディングパッド部１cと、上記エミッタボンディングパッド部１aと電流検出用ボンディングパッド部１cとを接続する電流検出用配線部１bとを設けている。上記エミッタボンディングパッド部１aと電流検出用ボンディングパッド部１cとの間の電流検出用配線部１bの配線抵抗を利用して、その電流検出用配線部１bの両端電圧を検出する。このパワートランジスタでは、大きな電力が印加された場合に最も電流が集中しやすいチップ中央部に上記電流検出用配線部１bを配置している。
【００１８】
このように、上記エミッタボンディングパッド部１aと電流検出用ボンディングパッド部１cとを接続する電流検出用配線部１bをチップ内の最も電流の集中しやすい場合に配置することによって、過電流が印加されて電流集中が生じた場合でも、電流検出用配線部１bの両端電圧に基づいて過電流を精度よく検出でき、チップの信頼性低下や破壊を防止することができる。
【００１９】
（第２実施形態）
図３はこの発明の第２実施形態のパワートランジスタのチップの概略平面図であり、このパワートランジスタは、比較電流検出用配線部と比較電流検出用ボンディングパッド部とを除き図１に示す第１実施形態のパワートランジスタと同一の構成をしている。
【００２０】
図３に示すように、上記パワートランジスタは、図示しないコレクタ層,ベース拡散層およびエミッタ拡散層で複数のユニットトランジスタを構成している。上記複数のユニットトランジスタは、エミッタ拡散層上に形成されたくし状のエミッタ電極１１とそのエミッタ電極１１を囲うようにベース拡散層上に形成されたベース電極１２とにより夫々接続されている。上記くし状のエミッタ電極１１の広い部分には、金属ワイヤ等によりフレーム(図示せず)と電気的に接続するためのエミッタボンディングパッド部１１aを形成すると共に、ベース電極１２の広い部分には、金属ワイヤ等によりフレーム(図示せず)と電気的に接続するためのベースボンディングパッド部１２aを形成している。また、上記エミッタ電極１１には、上記エミッタボンディングパッド部１１aから所定距離離れた電流検出用ボンディングパッド部１１cと、上記エミッタボンディングパッド部１１aと電流検出用ボンディングパッド部１１cとを接続する電流検出用配線部１１bとを設けている。このエミッタボンディングパッド部１１aと電流検出用ボンディングパッド部１１cとの間の電流検出用配線部１１bの配線抵抗を利用し、その電流検出用配線部１１bの両端電圧を検出する。このパワートランジスタでは、大きな電力が印加された場合に最も電流が集中しやすいチップ中央部に上記電流検出用配線部１１bを配置している。
【００２１】
また、電流が最も集中しやすい位置に配置した電流検出用配線部１１bとは別に最も電流が集中しにくい位置、すなわち、ユニットトランジスタの数が少なくエミッタボンディングパッド部１１aからの距離が遠い位置として、チップの端部に比較電流検出用配線部１１dを設けている。そして、上記比較電流検出用配線部１１dの先端部に比較電流検出用ボンディングパッド部１１eを設けている。
【００２２】
また、図４は上記パワートランジスタの等価回路と出力電圧を処理する回路を示す回路図である。図４に示すように、このパワートランジスタは、エミッタボンディングパッド部１１a,ベースボンディングパッド部１２a,コレクタ電極２０,電流検出用ボンディングパッド部１１cおよび比較電流検出用ボンディングパッド部１１eを有し、エミッタ電極１１を抵抗Ｒ1,Ｒ2,Ｒ3を介してエミッタに夫々接続している。この抵抗Ｒ1,Ｒ2,Ｒ3は、エミッタ電極１１(図３に示す)の配線抵抗を示しており、抵抗Ｒ2は電流検出用配線部１１b(図３に示す)の配線抵抗であり、抵抗Ｒ3は比較電流検出用配線部１１d(図３に示す)の配線抵抗である。上記エミッタボンディングパッド部１１aを差動増幅器ＯＰ1の一方の入力端子に接続すると共に、電流検出用ボンディングパッド部１１cを差動増幅器ＯＰ1の他方の入力端子に接続して、差動増幅器ＯＰ1の出力端子より電流検出信号Ｓ1を出力する。また、上記電流検出用ボンディングパッド部１１cを差動増幅器ＯＰ2の一方の入力端子に接続すると共に、比較電流検出用ボンディングパッド部１１eを差動増幅器ＯＰ2の他方の入力端子に接続して、差動増幅器ＯＰ2の出力端子より電流検出信号Ｓ2を出力する。
【００２３】
図７,図８は図４のパワートランジスタに電流を印加した場合のコレクタ電流ＩCに対する検出電圧ＶSを示している。図７におけるパワートランジスタのコレクタ・エミッタ間電圧ＶCEが１Ｖであり、パワートランジスタに印加される電力は(１Ｖ×コレクタ電流)となる。一方、図８におけるパワートランジスタのコレクタ・エミッタ間電圧ＶCEが１０Ｖであり、コレクタ電流が同じであってもパワートランジスタに印加される電力は図７のパワートランジスタの１０倍になる。
【００２４】
図７において、コレクタ電流ＩCが大きくなっても、チップ中央部の電流検出用配線部１１b(図３に示す)を用いた電流検出用ボンディングパッド部１１c(図３に示す)の検出電圧ＶSAの特性曲線Ａ１と、チップの端の電流検出用配線部１２b(図３に示す)を用いた比較電流検出用ボンディングパッド部１１e(図３に示す)の検出電圧ＶSBの特性曲線Ａ２とはほぼ同一で、検出電圧ＶSA,ＶSBを比較した電流検出信号Ｓ2はゼロに近い(特性曲線Ａ３に示す)。
【００２５】
一方、図８においてコレクタ電流ＩCが増えると、チップ中央部の電流検出用配線部１１b(図３に示す)を用いた電流検出用ボンディングパッド部１１c(図３に示す)の検出電圧ＶSAの特性曲線Ｂ１が、チップの端の比較電流検出用配線部１１d(図３に示す)を用いた比較電流検出用ボンディングパッド部１１e(図３に示す)の検出電圧ＶSBの特性曲線Ｂ２よりも大きくなり、検出電圧ＶSA,ＶSBを比較した電流検出信号Ｓ2は電流と共に大きくなる(特性曲線Ｂ３に示す)。
【００２６】
上記検出電圧ＶSBに比べ検出電圧ＶSAが大きくなるということは、チップ内で電流集中が発生していることを示しており、電流検出信号Ｓ2に基づいて保護を行うことによって、電流集中によるチップの破壊を防止する。
【００２７】
このように、上記エミッタボンディングパッド部１１aと電流検出用ボンディングパッド部１１cとを接続する電流検出用配線部１１bをチップ内の最も電流の集中しやすい場合に配置することによって、過電流が印加されて電流集中が生じた場合でも、電流検出用配線部１１bの両端電圧に基づいて過電流を精度よく検出でき、チップの信頼性低下や破壊を防止することができる。
【００２８】
また、上記電流検出用配線部１１bの両端電圧と比較電流検出用配線部１１dの両端電圧との電圧差を検出することによって、電力(電流×電圧)が大きくなってチップ内で電流集中が発生している場合のみを正確に検出することができる。
【００２９】
（第３実施形態）
図５はこの発明の第３実施形態のパワートランジスタのチップの概略平面図であり、図６は図５のVI−VI線から見た断面図を示している。なお、このパワートランジスタは、電流検出用配線部を除いて図１に示す第１実施形態のパワートランジスタと同一の構成をしている。
【００３０】
図６に示すように、Ｐ型のコレクタ層２６の一方の側にＮ型のベース拡散層２７を形成し、そのベース拡散層２７上に格子状パターンのＰ+型のエミッタ拡散層２８を形成している。上記コレクタ層２６,ベース拡散層２７およびエミッタ拡散層２８で複数のユニットトランジスタを構成している。上記コレクタ層２６の他方の側にコレクタ電極３０を形成している。そして、コレクタ層２６,ベース拡散層２７およびエミッタ拡散層２８上に、パターンニングされたシリコン酸化膜(絶縁膜)２９を形成している。なお、図５の平面図では、拡散パターンを省略している。
【００３１】
上記コレクタ層２６,ベース拡散層２７とエミッタ拡散層２８(図６に示す)で構成された複数のユニットトランジスタは、図５に示すように、エミッタ拡散層２８上に形成されたくし状のエミッタ電極2１と、そのエミッタ電極2１を囲うようにベース拡散層２７上に形成されたベース電極２２とにより夫々接続されている。上記くし状のエミッタ電極１１の中央の広い部分には、金属ワイヤ等によりフレーム(図示せず)と電気的に接続するためのエミッタボンディングパッド部２１aを設けると共に、ベース電極２２には、金属ワイヤ等によりフレーム(図示せず)と電気的に接続するためのベースボンディングパッド部２２aを設けている。また、上記エミッタ電極１１には、上記エミッタ電極１１のエミッタボンディングパッド部２１aから所定距離離れた電流検出用ボンディングパッド部２３aと、上記エミッタボンディングパッド部２１aと電流検出用ボンディングパッド部２３aとをエミッタ拡散層２８を介して接続する電流検出用配線部２１b,２３bとを設けている。このエミッタボンディングパッド部２１aと電流検出用ボンディングパッド部２３aとの間の電流検出用配線部２１b,２３bの配線抵抗およびエミッタ拡散層２８の拡散抵抗を利用して、エミッタボンディングパッド部２１aと電流検出用ボンディングパッド部２３aとの間の電圧を検出する。このパワートランジスタでは、大きな電力が印加された場合に最も電流が集中しやすいチップ中央部に上記電流検出用配線部２１b,２３bを配置している。
【００３２】
このパワートランジスタは、図６に示すように、電流検出用配線部をエミッタボンディングパッド部２１より離れた位置のエミッタ拡散層２８の端部で電流検出用配線部２１b,２３bに分割し、エミッタ電極１１と電流検出用ボンディングパッド部２３aとをＡl配線だけで配線するのではなく、電流検出用配線部２１b,エミッタ拡散層２８および電流検出用配線部２２bを介して接続した構造としている。例えば、図１２の等価回路で説明すると、ユニットトランジスタＱ23のエミッタに電流検出用ボンディングパッド部２３aを接続し(点線で示す)、ユニットトランジスタＱ23のエミッタに接続された電流検出用配線部を点Ｘで切断した構造である。
【００３３】
上記構成のパワートランジスタでは、図５に示す電流検出用ボンディングパッド部２３aで検出される検出電圧は、拡散が小さい電流検出用配線部２１b,２３bの配線抵抗による電圧降下ではなく、主にエミッタ拡散層２８の拡散抵抗の電圧降下となり、従来とほぼ同じ形状のトランジスタで検出電圧を大きくすることが可能となる。また、上記エミッタ拡散層２８の拡散抵抗はＡl等の金属の抵抗に比べて、温度に対する変化率が小さく、トランジスタチップが発熱したときの検出電圧の増加も少ない。
【００３４】
図９は上記パワートランジスタのコレクタ電流ＩCに対する検出電圧ＶSの特性を示すグラフであり、図１０は上記パワートランジスタの周囲温度Ｔaに対する検出電圧の変化率を示すグラフである。なお、図９では、コレクタ・エミッタ間電圧ＶCEを１Ｖとし、図１０では、コレクタ・エミッタ間電圧ＶCEを１Ｖ、コレクタ電流ＩCを１Ａとしている。図９に示すように、上記パワートランジスタの検出電圧ＶSの特性曲線Ｃ2は、従来のパワートランジスタの検出電圧ＶSの特性曲線Ｃ1に比べて検出電圧が大きいことが分かる。また、図１０に示すように、上記パワートランジスタの検出電圧ＶSの特性曲線Ｄ2は、従来のパワートランジスタの検出電圧ＶSの特性曲線Ｄ1に比べ周囲温度Ｔaに対する変化量が少ないことが分かる。
【００３５】
このように、上記エミッタボンディングパッド部２１aと電流検出用ボンディングパッド部２３aとを電流検出用配線部２１b,２３bおよびエミッタ拡散層２８を介して接続すると共に、電流検出用配線部２１b,２３bチップ内の最も電流の集中しやすい場合に配置することによって、過電流が印加されて電流集中が生じた場合でも、エミッタボンディングパッド部２１aと電流検出用ボンディングパッド部２３aとの間の電圧に基づいて過電流を精度よく検出でき、チップの信頼性低下や破壊を防止することができる。
【００３６】
また、上記エミッタボンディングパッド部２１aと電流検出用ボンディングパッド部２３aとの間を接続する電流検出用配線部を、電流検出用配線部２１bと電流検出用配線部２３bとに分割することによって、分割された電流検出用配線部２１b,２３bは、エミッタ電極２１よりも抵抗率の大きいエミッタ拡散層２８の拡散抵抗で接続されるため、エミッタボンディングパッド部２１aと電流検出用ボンディングパッド部２３aとの間の電圧すなわち検出電圧が高くなる。また、上記検出電圧がエミッタ拡散層２８の拡散抵抗の電圧降下によるものとなり、エミッタ拡散層２８の拡散抵抗の電圧降下に対してエミッタ電極２１の配線抵抗の電圧降下の占める割合が少なくなり、生産時のエミッタ電極２１の厚みや幅のバラツキによる検出電圧に対する影響が小さくなる。さらに、上記エミッタ電極２１の金属(例えばＡl電極)よりもエミッタ拡散層２８の半導体(例えばシリコン)の拡散抵抗の方が温度に対する抵抗値の変化が少なく、チップの温度変化による検出電圧に対する影響も小さくなる。したがって、上記検出電圧の精度が向上して、過電流に対する検出精度をさらに向上することができる。
【００３７】
以上述べたように、上記第１〜第３実施形態のパワートランジスタは、いずれもパワートランジスタのチップの表面電極(エミッタ電極)のパターン形状に係るものであり、いずれも従来より使用しているコンタクト窓の形成時と表面電極の形成時のフォトリソグラフィのガラスマスク等のマスクパターンを変更することで簡単に実現することができる。
【００３８】
上記第３実施形態において、第2実施形態と同様に、電流が集中しにくい位置に比較電流検出用配線部とその先端部に比較電流検出用ボンディングパッド部を設けてもよい。
【００３９】
【発明の効果】
以上より明らかなように、請求項１の発明のパワートランジスタは、主電流が流れるエミッタ電極に、エミッタボンディングパッド部と、上記エミッタボンディングパッド部に対して所定距離離れた電流検出用ボンディングパッド部と、上記エミッタボンディングパッド部と上記電流検出用ボンディングパッド部とを接続する電流検出用抵抗としての電流検出用配線部とを設けたパワートランジスタであって、上記電流検出用配線部は、上記エミッタ電極に過電流が流れたときに電流が集中しやすく他の領域よりも温度が高くなる領域に設けたものであり、上記エミッタ電極に、エミッタボンディングパッド部に対して所定距離離れた比較電流検出用ボンディングパッド部と、上記エミッタボンディングパッド部と電流検出用ボンディングパッド部とを接続する電流検出用抵抗としての比較電流検出用配線部とを設け、上記比較電流検出用配線部は、エミッタ電極に過電流が流れたときに電流検出用配線部の両端電圧と比較電流検出用配線部の両端電圧との電圧差が大きくなるように、エミッタ電極に過電流が流れたときに電流が集中しにくくかつ上記電流検出用配線部が設けられた上記領域よりも温度が低くなる上記他の領域に設けたものである。
【００４０】
したがって、請求項１の発明のパワートランジスタによれば、上記エミッタボンディングパッド部と上記電流検出用ボンディングパッド部とを接続する電流検出用配線部をチップ内の最も電流の集中しやすい場合に配置することによって、過電流が印加されて電流集中が生じた場合でも、上記電流検出用配線部の両端電圧に基づいて過電流を精度よく検出でき、過電流制御回路との組み合わせにより確実にチップの信頼性低下や破壊を防止することができる。
【００４１】
また、上記エミッタ電極に、上記エミッタボンディングパッド部に対して所定距離離れた比較電流検出用ボンディングパッド部と、上記エミッタボンディングパッド部と上記電流検出用ボンディングパッド部とを接続する電流検出用抵抗としての比較電流検出用配線部とを設け、上記比較電流検出用配線部は、上記エミッタ電極に過電流が流れたときに電流が集中しにくく他の領域よりも温度が低くなる領域に設けたので、上記電流検出用配線部の両端電圧と比較電流検出用配線部の両端電圧との電圧差は、通常のチップ内に均一に電流が流れているときは小さいか略ゼロに近く、過電流やコレクタ・エミッタ間電圧が高くなって電流が集中したときは大きくなり、その電圧差を検出することによって、電力(電流×電圧)が大きくなってチップ内で電流集中が生じていることを正確に検出することができる。
【００４２】
また、請求項２の発明のパワートランジスタは、請求項１のパワートランジスタにおいて、上記電流検出用配線部が上記エミッタボンディングパッド部と上記電流検出用ボンディングパッド部との間で分割され、その分割された電流検出用配線部が上記エミッタ電極の下側のエミッタ層を介して接続されているので、電流検出用配線部よりも抵抗率の大きいエミッタ層の拡散抵抗によって、エミッタボンディングパッド部と電流検出用ボンディングパッド部との間の両端電圧すなわち検出電圧が高くなり、上記エミッタ層の拡散抵抗の電圧降下に対してエミッタ電極の配線抵抗の電圧降下の占める割合が少なくなって、検出電圧に対して生産時のエミッタ電極の厚みや幅のバラツキによる影響が小さくなると共に、チップの温度変化による検出電圧に対する影響も小さくなる。したがって、上記検出電圧の精度が向上して、過電流に対する検出精度をさらに向上することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】 図１はこの発明の第１実施形態のパワートランジスタの概略平面図である。
【図２】 図２は図１のII−II線から見た断面図である。
【図３】 図３はこの発明の第2実施形態のパワートランジスタの概略平面図である。
【図４】 図４は上記パワートランジスタの等価回路と出力電圧を処理する回路の回路図である。
【図５】 図５はこの発明の第３実施形態のパワートランジスタの概略平面図である。
【図６】 図６は図５のVI−VI線から見た断面図である。
【図７】 図７は第2実施形態のパワートランジスタのコレクタ・エミッタ間電圧が１Ｖのときのコレクタ電流に対する検出電圧を示すグラフである。
【図８】 図８は第2実施形態のパワートランジスタのコレクタ・エミッタ間電圧が１０Ｖのときのコレクタ電流に対する検出電圧を示すグラフである。
【図９】 図９は上記第３実施形態のパワートランジスタと従来のパワートランジスタの出力電圧の差を示すグラフである。
【図１０】 図１０は上記第３実施形態のパワートランジスタと従来のパワートランジスタの出力電圧の温度変化の差を示すグラフである。
【図１１】 図１１は従来のパワートランジスタのチップの概略平面図である。
【図１２】 図１２は上記パワートランジスタの等価回路を示す図である。
【符号の説明】
１,１１,２１…エミッタ電極、
１a,１１a,２１a…エミッタボンディングパッド部、
１b,１１b,１１d,２１b…電流検出用配線部、
１c,１１c,１１e,２１c…電流検出用ボンディングパッド部、
２,１２,２２…ベース電極、
２a,１２a,２２a…ベースボンディングパッド部、
６,２６…コレクタ層、
７,２７…ベース拡散層、
８,２８…エミッタ拡散層、
９,２９…シリコン酸化膜、
１０,２０,３０…コレクタ電極。
【発明の属する技術分野】
この発明は、スイッチングレギュレータやシリーズレギュレータ等に用いられるパワートランジスタに関し、特に中電流および大電流用のパワートランジスタに関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来、パワートランジスタとしては、図１１に示すように、電流検出機能付のものがある。このパワートランジスタは、図示しないコレクタ層と、そのコレクタ層上に形成されたベース層と、そのベース層上にメッシュ状に形成された複数のエミッタ層とからなる複数のユニットトランジスタを有している。上記エミッタ層上にエミッタ電極３１をくし状に形成すると共に、上記ベース層上にエミッタ電極３１を囲むようにベース電極３２を形成し、各ユニットトランジスタが並列に接続された構造をしている。また、上記エミッタ電極３１およびベース電極３２の比較的広い部分には、エミッタボンディングパッド部３１aおよびベースボンディングパッド部３２aが夫々設けられている。そして、上記くし状のエミッタ電極３１の電流検出用配線部３１bの先端部(エミッタボンディングパッド部３１aより離れた部分)には、電流検出用配線部３１bの配線抵抗に起因する電圧降下により検出される電圧を取り出すための電流検出用ボンディングパッド部３１cを設けている。
【０００３】
上記パワートランジスタでは、図１１に示すように、エミッタ電極３１とベース電極３２とが交互にかみ合うように配置されており、トランジスタ動作が有効に行なわれるチップ中央部やベース電極３２の経路にパッドを設けると、トランジスタの有効面積を小さくすることになるので、ベースボンディングパッド部３２a,電流検出用ボンディングパッド部３１cをチップの端に配置している。
【０００４】
また、図１２は上記パワートランジスタの等価回路を示す回路図であり、各ユニットトランジスタＱ11〜Ｑ13,Ｑ21〜Ｑ23,Ｑ31〜Ｑ33のエミッタを、低抵抗のエミッタ電極３１の配線抵抗Ｒ40〜Ｒ42,Ｒ50〜Ｒ52,Ｒ60〜Ｒ62およびエミッタ電極３１の配線よりも抵抗が高い格子状パターンのエミッタ層の拡散抵抗Ｒ11,Ｒ12,Ｒ21,Ｒ22,Ｒ31,Ｒ32により夫々接続し、エミッタボンディングパッド部３１aに接続している。また、上記各ユニットトランジスタＱ11〜Ｑ13,Ｑ21〜Ｑ23,Ｑ31〜Ｑ33のコレクタをコレクタ電極４０に夫々接続すると共に、各ユニットトランジスタＱ11〜Ｑ13,Ｑ21〜Ｑ23,Ｑ31〜Ｑ33のベースをベースボンディングパッド部３２aに夫々接続している。上記ベースボンディングパッド部３２aと電流検出用ボンディングパッド部３１cとの間の電流検出用配線部３１bの両端電圧を検出する。すなわち、上記電流検出用配線部３１bの配線抵抗Ｒ40〜Ｒ42の電圧降下により検出電圧が得られる。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、図１２の等価回路に示すように、複数のユニットトランジスタＱ11〜Ｑ13,Ｑ21〜Ｑ23,Ｑ31〜Ｑ33が配列された構造のパワートランジスタでは、コレクタ・エミッタ間電圧が高く、コレクタ電流が大きい場合、ユニットトランジスタが多く集中しているチップ中央部の発熱が大きくなり、エミッタボンディングパッド部より距離が短く、エミッタ層の拡散抵抗の小さいエミッタボンディングパッド部周辺部に電流が集中しやすくなる。そうして、電流集中→発熱→電流増幅率の増加→さらに電流集中が繰り返され、短時間に電流が局所的に集中する。このため、チップの端の方の電流検出用ボンディングパッド部３１cで検出された検出電圧に基づいて制御を行っても、上記電流の集中しやすいチップ中央部で何倍もの電流が局部的に流れて、チップの信頼性が低下したり、チップが破壊されたりするという問題がある。
【０００６】
また、上記パワートランジスタでは、チップ表面のエミッタ電極の配線抵抗が小さく検出電圧が低くかったり、エミッタ電極の金属の温度特性が大きいためにチップの発熱による検出電圧の変化が大きかったり、さらにチップ生産時のエミッタ電極の厚みや幅等のバラツキが大きかったりするため、過電流に対する検出精度が低いという問題がある。
【０００７】
そこで、この発明の目的は、過電流を精度よく検出でき、チップの信頼性低下や破壊を防止できる電流検出機能付のパワートランジスタを提供することにある。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するため、請求項１のパワートランジスタは、主電流が流れるエミッタ電極に、エミッタボンディングパッド部と、上記エミッタボンディングパッド部に対して所定距離離れた電流検出用ボンディングパッド部と、上記エミッタボンディングパッド部と上記電流検出用ボンディングパッド部とを接続する電流検出用抵抗としての電流検出用配線部とを設けたパワートランジスタであって、上記電流検出用配線部は、上記エミッタ電極に過電流が流れたときに電流が集中しやすく他の領域よりも温度が高くなる領域に設け、上記エミッタ電極に、上記エミッタボンディングパッド部に対して所定距離離れた比較電流検出用ボンディングパッド部と、上記エミッタボンディングパッド部と上記電流検出用ボンディングパッド部とを接続する電流検出用抵抗としての比較電流検出用配線部とを設け、上記比較電流検出用配線部は、上記エミッタ電極に過電流が流れたときに上記電流検出用配線部の両端電圧と上記比較電流検出用配線部の両端電圧との電圧差が大きくなるように、上記エミッタ電極に過電流が流れたときに電流が集中しにくくかつ上記電流検出用配線部が設けられた上記領域よりも温度が低くなる上記他の領域に設けたことを特徴としている。
【０００９】
上記請求項１のパワートランジスタによれば、上記エミッタボンディングパッド部と上記電流検出用ボンディングパッド部とを接続する電流検出用配線部をチップ内の最も電流の集中しやすい場合に配置することによって、過電流が印加されて電流集中が生じた場合でも、上記電流検出用配線部の両端電圧に基づいて過電流を精度よく検出でき、チップの信頼性低下や破壊を防止できる。
【００１０】
【００１１】
また、上記電流検出用ボンディングパッド部と上記エミッタボンディングパッド部とを接続する電流検出用配線部の両端電圧と上記比較電流検出用ボンディングパッド部と上記エミッタボンディングパッド部とを接続する比較電流検出用配線部の両端電圧との電圧差は、通常のチップ内に均一に電流が流れているときは小さいか略ゼロに近く、過電流やコレクタ・エミッタ間電圧が高くなって電流が集中したときは大きくなる。したがって、上記電流検出用配線部の両端電圧と上記比較電流検出用配線部の両端電圧との電圧差を検出することによって、電力(電流×電圧)が大きくなってチップ内で電流集中が発生している場合のみを正確に検出することも可能となる。
【００１２】
また、請求項２のパワートランジスタは、請求項１のパワートランジスタにおいて、上記電流検出用配線部が上記エミッタボンディングパッド部と上記電流検出用ボンディングパッド部との間で分割され、その分割された電流検出用配線部が上記エミッタ電極の下側のエミッタ層を介して接続されていることを特徴としている。
【００１３】
上記請求項２のパワートランジスタによれば、上記電流検出用配線部をエミッタボンディングパッド部と電流検出用ボンディングパッド部との間で分割することによって、分割された電流検出用配線部は、エミッタ電極よりも抵抗率の大きいエミッタ層の拡散抵抗で接続されるため、エミッタボンディングパッド部と電流検出用ボンディングパッド部との間の両端電圧すなわち検出電圧が高くなる。そして、上記検出電圧のほとんどがエミッタ層の拡散抵抗の電圧降下によるものとなり、エミッタ層の拡散抵抗の電圧降下に対してエミッタ電極の配線抵抗の電圧降下の占める割合が少なくなり、生産時のエミッタ電極の厚みや幅のバラツキによる検出電圧に対する影響が小さくなる。さらに、上記エミッタ電極の金属(例えばＡl電極)よりもエミッタ層の半導体(例えばシリコン)の拡散抵抗の方が温度に対する抵抗値の変化が少なく、チップの温度変化による検出電圧に対する影響も小さくなる。したがって、過電流に対する検出精度をさらに向上できる。
【００１４】
【発明の実施の形態】
以下、この発明のパワートランジスタを図示の実施の形態により詳細に説明する。
【００１５】
（第１実施形態）
図１はこの発明の第１実施形態のパワートランジスタのチップの概略平面図であり、図２は図１のII−II線から見た断面図である。
【００１６】
図2に示すように、Ｐ型のコレクタ層６の一方の側にＮ型のベース拡散層７を形成し、そのベース拡散層７上に格子状パターンのＰ+型のエミッタ拡散層８を形成している。上記コレクタ層６,ベース拡散層７およびエミッタ拡散層８で複数のユニットトランジスタを構成している。上記コレクタ層６の他方の側にコレクタ電極１０を形成している。そして、コレクタ層６,ベース拡散層７およびエミッタ拡散層８上に、パターンニングされたシリコン酸化膜(絶縁膜)９を形成している。なお、図１の平面図では、拡散パターンを省略している。
【００１７】
上記コレクタ層６,ベース拡散層７とエミッタ拡散層８(図2に示す)で構成された複数のユニットトランジスタは、図１に示すように、エミッタ拡散層８上に形成されたくし状のエミッタ電極１と、そのエミッタ電極１を囲うようにベース拡散層７上に形成されたベース電極２とにより夫々接続されている。上記くし状のエミッタ電極１の広い部分には、金属ワイヤ等によりフレーム(図示せず)と電気的に接続するためのエミッタボンディングパッド部１aを形成すると共に、ベース電極２の広い部分には、金属ワイヤ等によりフレーム(図示せず)と電気的に接続するためのベースボンディングパッド部２aを形成している。また、上記エミッタ電極１には、上記エミッタボンディングパッド部１aから所定距離離れた電流検出用ボンディングパッド部１cと、上記エミッタボンディングパッド部１aと電流検出用ボンディングパッド部１cとを接続する電流検出用配線部１bとを設けている。上記エミッタボンディングパッド部１aと電流検出用ボンディングパッド部１cとの間の電流検出用配線部１bの配線抵抗を利用して、その電流検出用配線部１bの両端電圧を検出する。このパワートランジスタでは、大きな電力が印加された場合に最も電流が集中しやすいチップ中央部に上記電流検出用配線部１bを配置している。
【００１８】
このように、上記エミッタボンディングパッド部１aと電流検出用ボンディングパッド部１cとを接続する電流検出用配線部１bをチップ内の最も電流の集中しやすい場合に配置することによって、過電流が印加されて電流集中が生じた場合でも、電流検出用配線部１bの両端電圧に基づいて過電流を精度よく検出でき、チップの信頼性低下や破壊を防止することができる。
【００１９】
（第２実施形態）
図３はこの発明の第２実施形態のパワートランジスタのチップの概略平面図であり、このパワートランジスタは、比較電流検出用配線部と比較電流検出用ボンディングパッド部とを除き図１に示す第１実施形態のパワートランジスタと同一の構成をしている。
【００２０】
図３に示すように、上記パワートランジスタは、図示しないコレクタ層,ベース拡散層およびエミッタ拡散層で複数のユニットトランジスタを構成している。上記複数のユニットトランジスタは、エミッタ拡散層上に形成されたくし状のエミッタ電極１１とそのエミッタ電極１１を囲うようにベース拡散層上に形成されたベース電極１２とにより夫々接続されている。上記くし状のエミッタ電極１１の広い部分には、金属ワイヤ等によりフレーム(図示せず)と電気的に接続するためのエミッタボンディングパッド部１１aを形成すると共に、ベース電極１２の広い部分には、金属ワイヤ等によりフレーム(図示せず)と電気的に接続するためのベースボンディングパッド部１２aを形成している。また、上記エミッタ電極１１には、上記エミッタボンディングパッド部１１aから所定距離離れた電流検出用ボンディングパッド部１１cと、上記エミッタボンディングパッド部１１aと電流検出用ボンディングパッド部１１cとを接続する電流検出用配線部１１bとを設けている。このエミッタボンディングパッド部１１aと電流検出用ボンディングパッド部１１cとの間の電流検出用配線部１１bの配線抵抗を利用し、その電流検出用配線部１１bの両端電圧を検出する。このパワートランジスタでは、大きな電力が印加された場合に最も電流が集中しやすいチップ中央部に上記電流検出用配線部１１bを配置している。
【００２１】
また、電流が最も集中しやすい位置に配置した電流検出用配線部１１bとは別に最も電流が集中しにくい位置、すなわち、ユニットトランジスタの数が少なくエミッタボンディングパッド部１１aからの距離が遠い位置として、チップの端部に比較電流検出用配線部１１dを設けている。そして、上記比較電流検出用配線部１１dの先端部に比較電流検出用ボンディングパッド部１１eを設けている。
【００２２】
また、図４は上記パワートランジスタの等価回路と出力電圧を処理する回路を示す回路図である。図４に示すように、このパワートランジスタは、エミッタボンディングパッド部１１a,ベースボンディングパッド部１２a,コレクタ電極２０,電流検出用ボンディングパッド部１１cおよび比較電流検出用ボンディングパッド部１１eを有し、エミッタ電極１１を抵抗Ｒ1,Ｒ2,Ｒ3を介してエミッタに夫々接続している。この抵抗Ｒ1,Ｒ2,Ｒ3は、エミッタ電極１１(図３に示す)の配線抵抗を示しており、抵抗Ｒ2は電流検出用配線部１１b(図３に示す)の配線抵抗であり、抵抗Ｒ3は比較電流検出用配線部１１d(図３に示す)の配線抵抗である。上記エミッタボンディングパッド部１１aを差動増幅器ＯＰ1の一方の入力端子に接続すると共に、電流検出用ボンディングパッド部１１cを差動増幅器ＯＰ1の他方の入力端子に接続して、差動増幅器ＯＰ1の出力端子より電流検出信号Ｓ1を出力する。また、上記電流検出用ボンディングパッド部１１cを差動増幅器ＯＰ2の一方の入力端子に接続すると共に、比較電流検出用ボンディングパッド部１１eを差動増幅器ＯＰ2の他方の入力端子に接続して、差動増幅器ＯＰ2の出力端子より電流検出信号Ｓ2を出力する。
【００２３】
図７,図８は図４のパワートランジスタに電流を印加した場合のコレクタ電流ＩCに対する検出電圧ＶSを示している。図７におけるパワートランジスタのコレクタ・エミッタ間電圧ＶCEが１Ｖであり、パワートランジスタに印加される電力は(１Ｖ×コレクタ電流)となる。一方、図８におけるパワートランジスタのコレクタ・エミッタ間電圧ＶCEが１０Ｖであり、コレクタ電流が同じであってもパワートランジスタに印加される電力は図７のパワートランジスタの１０倍になる。
【００２４】
図７において、コレクタ電流ＩCが大きくなっても、チップ中央部の電流検出用配線部１１b(図３に示す)を用いた電流検出用ボンディングパッド部１１c(図３に示す)の検出電圧ＶSAの特性曲線Ａ１と、チップの端の電流検出用配線部１２b(図３に示す)を用いた比較電流検出用ボンディングパッド部１１e(図３に示す)の検出電圧ＶSBの特性曲線Ａ２とはほぼ同一で、検出電圧ＶSA,ＶSBを比較した電流検出信号Ｓ2はゼロに近い(特性曲線Ａ３に示す)。
【００２５】
一方、図８においてコレクタ電流ＩCが増えると、チップ中央部の電流検出用配線部１１b(図３に示す)を用いた電流検出用ボンディングパッド部１１c(図３に示す)の検出電圧ＶSAの特性曲線Ｂ１が、チップの端の比較電流検出用配線部１１d(図３に示す)を用いた比較電流検出用ボンディングパッド部１１e(図３に示す)の検出電圧ＶSBの特性曲線Ｂ２よりも大きくなり、検出電圧ＶSA,ＶSBを比較した電流検出信号Ｓ2は電流と共に大きくなる(特性曲線Ｂ３に示す)。
【００２６】
上記検出電圧ＶSBに比べ検出電圧ＶSAが大きくなるということは、チップ内で電流集中が発生していることを示しており、電流検出信号Ｓ2に基づいて保護を行うことによって、電流集中によるチップの破壊を防止する。
【００２７】
このように、上記エミッタボンディングパッド部１１aと電流検出用ボンディングパッド部１１cとを接続する電流検出用配線部１１bをチップ内の最も電流の集中しやすい場合に配置することによって、過電流が印加されて電流集中が生じた場合でも、電流検出用配線部１１bの両端電圧に基づいて過電流を精度よく検出でき、チップの信頼性低下や破壊を防止することができる。
【００２８】
また、上記電流検出用配線部１１bの両端電圧と比較電流検出用配線部１１dの両端電圧との電圧差を検出することによって、電力(電流×電圧)が大きくなってチップ内で電流集中が発生している場合のみを正確に検出することができる。
【００２９】
（第３実施形態）
図５はこの発明の第３実施形態のパワートランジスタのチップの概略平面図であり、図６は図５のVI−VI線から見た断面図を示している。なお、このパワートランジスタは、電流検出用配線部を除いて図１に示す第１実施形態のパワートランジスタと同一の構成をしている。
【００３０】
図６に示すように、Ｐ型のコレクタ層２６の一方の側にＮ型のベース拡散層２７を形成し、そのベース拡散層２７上に格子状パターンのＰ+型のエミッタ拡散層２８を形成している。上記コレクタ層２６,ベース拡散層２７およびエミッタ拡散層２８で複数のユニットトランジスタを構成している。上記コレクタ層２６の他方の側にコレクタ電極３０を形成している。そして、コレクタ層２６,ベース拡散層２７およびエミッタ拡散層２８上に、パターンニングされたシリコン酸化膜(絶縁膜)２９を形成している。なお、図５の平面図では、拡散パターンを省略している。
【００３１】
上記コレクタ層２６,ベース拡散層２７とエミッタ拡散層２８(図６に示す)で構成された複数のユニットトランジスタは、図５に示すように、エミッタ拡散層２８上に形成されたくし状のエミッタ電極2１と、そのエミッタ電極2１を囲うようにベース拡散層２７上に形成されたベース電極２２とにより夫々接続されている。上記くし状のエミッタ電極１１の中央の広い部分には、金属ワイヤ等によりフレーム(図示せず)と電気的に接続するためのエミッタボンディングパッド部２１aを設けると共に、ベース電極２２には、金属ワイヤ等によりフレーム(図示せず)と電気的に接続するためのベースボンディングパッド部２２aを設けている。また、上記エミッタ電極１１には、上記エミッタ電極１１のエミッタボンディングパッド部２１aから所定距離離れた電流検出用ボンディングパッド部２３aと、上記エミッタボンディングパッド部２１aと電流検出用ボンディングパッド部２３aとをエミッタ拡散層２８を介して接続する電流検出用配線部２１b,２３bとを設けている。このエミッタボンディングパッド部２１aと電流検出用ボンディングパッド部２３aとの間の電流検出用配線部２１b,２３bの配線抵抗およびエミッタ拡散層２８の拡散抵抗を利用して、エミッタボンディングパッド部２１aと電流検出用ボンディングパッド部２３aとの間の電圧を検出する。このパワートランジスタでは、大きな電力が印加された場合に最も電流が集中しやすいチップ中央部に上記電流検出用配線部２１b,２３bを配置している。
【００３２】
このパワートランジスタは、図６に示すように、電流検出用配線部をエミッタボンディングパッド部２１より離れた位置のエミッタ拡散層２８の端部で電流検出用配線部２１b,２３bに分割し、エミッタ電極１１と電流検出用ボンディングパッド部２３aとをＡl配線だけで配線するのではなく、電流検出用配線部２１b,エミッタ拡散層２８および電流検出用配線部２２bを介して接続した構造としている。例えば、図１２の等価回路で説明すると、ユニットトランジスタＱ23のエミッタに電流検出用ボンディングパッド部２３aを接続し(点線で示す)、ユニットトランジスタＱ23のエミッタに接続された電流検出用配線部を点Ｘで切断した構造である。
【００３３】
上記構成のパワートランジスタでは、図５に示す電流検出用ボンディングパッド部２３aで検出される検出電圧は、拡散が小さい電流検出用配線部２１b,２３bの配線抵抗による電圧降下ではなく、主にエミッタ拡散層２８の拡散抵抗の電圧降下となり、従来とほぼ同じ形状のトランジスタで検出電圧を大きくすることが可能となる。また、上記エミッタ拡散層２８の拡散抵抗はＡl等の金属の抵抗に比べて、温度に対する変化率が小さく、トランジスタチップが発熱したときの検出電圧の増加も少ない。
【００３４】
図９は上記パワートランジスタのコレクタ電流ＩCに対する検出電圧ＶSの特性を示すグラフであり、図１０は上記パワートランジスタの周囲温度Ｔaに対する検出電圧の変化率を示すグラフである。なお、図９では、コレクタ・エミッタ間電圧ＶCEを１Ｖとし、図１０では、コレクタ・エミッタ間電圧ＶCEを１Ｖ、コレクタ電流ＩCを１Ａとしている。図９に示すように、上記パワートランジスタの検出電圧ＶSの特性曲線Ｃ2は、従来のパワートランジスタの検出電圧ＶSの特性曲線Ｃ1に比べて検出電圧が大きいことが分かる。また、図１０に示すように、上記パワートランジスタの検出電圧ＶSの特性曲線Ｄ2は、従来のパワートランジスタの検出電圧ＶSの特性曲線Ｄ1に比べ周囲温度Ｔaに対する変化量が少ないことが分かる。
【００３５】
このように、上記エミッタボンディングパッド部２１aと電流検出用ボンディングパッド部２３aとを電流検出用配線部２１b,２３bおよびエミッタ拡散層２８を介して接続すると共に、電流検出用配線部２１b,２３bチップ内の最も電流の集中しやすい場合に配置することによって、過電流が印加されて電流集中が生じた場合でも、エミッタボンディングパッド部２１aと電流検出用ボンディングパッド部２３aとの間の電圧に基づいて過電流を精度よく検出でき、チップの信頼性低下や破壊を防止することができる。
【００３６】
また、上記エミッタボンディングパッド部２１aと電流検出用ボンディングパッド部２３aとの間を接続する電流検出用配線部を、電流検出用配線部２１bと電流検出用配線部２３bとに分割することによって、分割された電流検出用配線部２１b,２３bは、エミッタ電極２１よりも抵抗率の大きいエミッタ拡散層２８の拡散抵抗で接続されるため、エミッタボンディングパッド部２１aと電流検出用ボンディングパッド部２３aとの間の電圧すなわち検出電圧が高くなる。また、上記検出電圧がエミッタ拡散層２８の拡散抵抗の電圧降下によるものとなり、エミッタ拡散層２８の拡散抵抗の電圧降下に対してエミッタ電極２１の配線抵抗の電圧降下の占める割合が少なくなり、生産時のエミッタ電極２１の厚みや幅のバラツキによる検出電圧に対する影響が小さくなる。さらに、上記エミッタ電極２１の金属(例えばＡl電極)よりもエミッタ拡散層２８の半導体(例えばシリコン)の拡散抵抗の方が温度に対する抵抗値の変化が少なく、チップの温度変化による検出電圧に対する影響も小さくなる。したがって、上記検出電圧の精度が向上して、過電流に対する検出精度をさらに向上することができる。
【００３７】
以上述べたように、上記第１〜第３実施形態のパワートランジスタは、いずれもパワートランジスタのチップの表面電極(エミッタ電極)のパターン形状に係るものであり、いずれも従来より使用しているコンタクト窓の形成時と表面電極の形成時のフォトリソグラフィのガラスマスク等のマスクパターンを変更することで簡単に実現することができる。
【００３８】
上記第３実施形態において、第2実施形態と同様に、電流が集中しにくい位置に比較電流検出用配線部とその先端部に比較電流検出用ボンディングパッド部を設けてもよい。
【００３９】
【発明の効果】
以上より明らかなように、請求項１の発明のパワートランジスタは、主電流が流れるエミッタ電極に、エミッタボンディングパッド部と、上記エミッタボンディングパッド部に対して所定距離離れた電流検出用ボンディングパッド部と、上記エミッタボンディングパッド部と上記電流検出用ボンディングパッド部とを接続する電流検出用抵抗としての電流検出用配線部とを設けたパワートランジスタであって、上記電流検出用配線部は、上記エミッタ電極に過電流が流れたときに電流が集中しやすく他の領域よりも温度が高くなる領域に設けたものであり、上記エミッタ電極に、エミッタボンディングパッド部に対して所定距離離れた比較電流検出用ボンディングパッド部と、上記エミッタボンディングパッド部と電流検出用ボンディングパッド部とを接続する電流検出用抵抗としての比較電流検出用配線部とを設け、上記比較電流検出用配線部は、エミッタ電極に過電流が流れたときに電流検出用配線部の両端電圧と比較電流検出用配線部の両端電圧との電圧差が大きくなるように、エミッタ電極に過電流が流れたときに電流が集中しにくくかつ上記電流検出用配線部が設けられた上記領域よりも温度が低くなる上記他の領域に設けたものである。
【００４０】
したがって、請求項１の発明のパワートランジスタによれば、上記エミッタボンディングパッド部と上記電流検出用ボンディングパッド部とを接続する電流検出用配線部をチップ内の最も電流の集中しやすい場合に配置することによって、過電流が印加されて電流集中が生じた場合でも、上記電流検出用配線部の両端電圧に基づいて過電流を精度よく検出でき、過電流制御回路との組み合わせにより確実にチップの信頼性低下や破壊を防止することができる。
【００４１】
また、上記エミッタ電極に、上記エミッタボンディングパッド部に対して所定距離離れた比較電流検出用ボンディングパッド部と、上記エミッタボンディングパッド部と上記電流検出用ボンディングパッド部とを接続する電流検出用抵抗としての比較電流検出用配線部とを設け、上記比較電流検出用配線部は、上記エミッタ電極に過電流が流れたときに電流が集中しにくく他の領域よりも温度が低くなる領域に設けたので、上記電流検出用配線部の両端電圧と比較電流検出用配線部の両端電圧との電圧差は、通常のチップ内に均一に電流が流れているときは小さいか略ゼロに近く、過電流やコレクタ・エミッタ間電圧が高くなって電流が集中したときは大きくなり、その電圧差を検出することによって、電力(電流×電圧)が大きくなってチップ内で電流集中が生じていることを正確に検出することができる。
【００４２】
また、請求項２の発明のパワートランジスタは、請求項１のパワートランジスタにおいて、上記電流検出用配線部が上記エミッタボンディングパッド部と上記電流検出用ボンディングパッド部との間で分割され、その分割された電流検出用配線部が上記エミッタ電極の下側のエミッタ層を介して接続されているので、電流検出用配線部よりも抵抗率の大きいエミッタ層の拡散抵抗によって、エミッタボンディングパッド部と電流検出用ボンディングパッド部との間の両端電圧すなわち検出電圧が高くなり、上記エミッタ層の拡散抵抗の電圧降下に対してエミッタ電極の配線抵抗の電圧降下の占める割合が少なくなって、検出電圧に対して生産時のエミッタ電極の厚みや幅のバラツキによる影響が小さくなると共に、チップの温度変化による検出電圧に対する影響も小さくなる。したがって、上記検出電圧の精度が向上して、過電流に対する検出精度をさらに向上することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】 図１はこの発明の第１実施形態のパワートランジスタの概略平面図である。
【図２】 図２は図１のII−II線から見た断面図である。
【図３】 図３はこの発明の第2実施形態のパワートランジスタの概略平面図である。
【図４】 図４は上記パワートランジスタの等価回路と出力電圧を処理する回路の回路図である。
【図５】 図５はこの発明の第３実施形態のパワートランジスタの概略平面図である。
【図６】 図６は図５のVI−VI線から見た断面図である。
【図７】 図７は第2実施形態のパワートランジスタのコレクタ・エミッタ間電圧が１Ｖのときのコレクタ電流に対する検出電圧を示すグラフである。
【図８】 図８は第2実施形態のパワートランジスタのコレクタ・エミッタ間電圧が１０Ｖのときのコレクタ電流に対する検出電圧を示すグラフである。
【図９】 図９は上記第３実施形態のパワートランジスタと従来のパワートランジスタの出力電圧の差を示すグラフである。
【図１０】 図１０は上記第３実施形態のパワートランジスタと従来のパワートランジスタの出力電圧の温度変化の差を示すグラフである。
【図１１】 図１１は従来のパワートランジスタのチップの概略平面図である。
【図１２】 図１２は上記パワートランジスタの等価回路を示す図である。
【符号の説明】
１,１１,２１…エミッタ電極、
１a,１１a,２１a…エミッタボンディングパッド部、
１b,１１b,１１d,２１b…電流検出用配線部、
１c,１１c,１１e,２１c…電流検出用ボンディングパッド部、
２,１２,２２…ベース電極、
２a,１２a,２２a…ベースボンディングパッド部、
６,２６…コレクタ層、
７,２７…ベース拡散層、
８,２８…エミッタ拡散層、
９,２９…シリコン酸化膜、
１０,２０,３０…コレクタ電極。
Claims (2)
- 主電流が流れるエミッタ電極に、エミッタボンディングパッド部と、上記エミッタボンディングパッド部に対して所定距離離れた電流検出用ボンディングパッド部と、上記エミッタボンディングパッド部と上記電流検出用ボンディングパッド部とを接続する電流検出用抵抗としての電流検出用配線部とを設けたパワートランジスタであって、
上記電流検出用配線部は、上記エミッタ電極に過電流が流れたときに電流が集中しやすく他の領域よりも温度が高くなる領域に設け、
上記エミッタ電極に、上記エミッタボンディングパッド部に対して所定距離離れた比較電流検出用ボンディングパッド部と、上記エミッタボンディングパッド部と上記電流検出用ボンディングパッド部とを接続する電流検出用抵抗としての比較電流検出用配線部とを設け、
上記比較電流検出用配線部は、上記エミッタ電極に過電流が流れたときに上記電流検出用配線部の両端電圧と上記比較電流検出用配線部の両端電圧との電圧差が大きくなるように、上記エミッタ電極に過電流が流れたときに電流が集中しにくくかつ上記電流検出用配線部が設けられた上記領域よりも温度が低くなる上記他の領域に設けたことを特徴とするパワートランジスタ。 - 請求項１に記載のパワートランジスタにおいて、
上記電流検出用配線部が上記エミッタボンディングパッド部と上記電流検出用ボンディングパッド部との間で分割され、その分割された電流検出用配線部が上記エミッタ電極の下側のエミッタ層を介して接続されていることを特徴とするパワートランジスタ。
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