JP3850925B2 - 集積回路の補償装置及び方法 - Google Patents

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、溶断区間に溶断電流を供給する、集積回路の溶断区間補償装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
公知文献“Elektronik, Horst Voerz, Akademieverlage Berlin 1986,751頁”からは溶断区間、いわゆるヒュージブルリンクを、所定の強さと期間の短い衝撃電流によって溶断させることが公知である。この場合がこの衝撃電流の強さと期間が次のように選択されなければならない。すなわち溶断区間の確実な溶断が保証されるように、つまり溶断区間の溶断に要する以上の出力が保証されなければならい。この場合比較的高いインダクタンスのリード線が用いられるならば、溶断区間の溶断の際には大きな電圧上昇が生じる。この種の電圧上昇を避けるためには、通常はインダクタンスの低いリード線が用いられる。このことは実際には、補償すべきシリコンチップの直ぐ近くに補償装置が配設されなければならないことを意味する。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
本発明の課題は、前述したような従来手法による欠点を解消すべく改善を行うことである。。
【０００４】
【課題を解決するための手段】
上記課題は本発明により、溶断区間の溶断を識別し集積回路の損傷が生じる前に溶断電流を遮断する手段が設けられる構成によって解決される。
【０００５】
本発明による装置ないし方法は次のような利点を有している。すなわち溶断区間の溶断が識別され、さらに溶断電流が遮断される利点を有している。このことは、溶断後の不必要な電流の通流が継続的に続くこと（これは半導体回路の損傷に結び付く）を回避する。それにより補償装置と補償すべき回路との間で比較的インダクタンスの高い線路が使用可能となる。
【０００６】
本発明の別の有利な実施例及び改善例は従属請求項に記載される。
【０００７】
【発明の実施の形態】
図１には集積回路５１が示されている。この集積回路５１は溶断区間５２を有している。この溶断区間５２は部分回路５３の補償に用いられる。溶断区間５２は導体路５５と部分回路５３に接続されている。さらに溶断区間５２は、外部導体路５６にも接続されている。この外部導体路５６は、集積回路５１から引き出され、集積回路５１と周辺機器との間で信号や供給電圧等をとりかわす。この外部導体路５６によって溶断区間５２は、補償装置１と接続される。それに対してリード線５４が設けられる。このリード線５４はインダクタンスを有している。補償装置と種々の溶断区間との接続は、チップ上に集積されたスイッチを介して行ってもよい。この場合は導体路５６が一部省略される。
【０００８】
補償装置１はリード線５４を介して溶断区間５２に電流を供給する。この溶断区間の電流の通流によって、溶断区間５２の導電性が非逆行的に変化する。例えば溶断区間５２は、蒸発性の高い薄い金属抵抗からなっていてもよい。この金属抵抗は電流の通流によって加熱され、この加熱によって金属材料の蒸発が生じる。それにより溶断区間は溶断される。すなわち非逆行的な非導通状態に切り替わる。溶断区間５２が溶断に至った場合には、リード線５４を流れる電流は衝撃的に遮断される。これによりリード線５４のインダクタンスに基づいて突然のピーク電圧が生じる。これは外部導体路５６と導体路５５によって、集積された部分回路５３にも印加される。この誘導性ピーク電圧の急峻な切換エッジに基づいて、部分回路５３の寄生サイリスタの駆動制御が行われる。寄生サイリスタが駆動制御された場合には、事前に溶断区間５２を介して導入された電流は部分回路５３の一部を介して流れる。この場合は部分回路５３の個々の構成素子の破壊に至る可能性がある。このような部分回路５３への悪影響を回避するために、例えばクランプ素子が溶断区間５２に平行に接続されてもよい。この素子は所定の電圧を越えた場合に導通接続される。しかしながらこれは次のような欠点を有する。すなわち大電流の通流を可能にするために、比較的ゆとりのある回路構成がなされなければならない欠点を有する。そのため比較的多くのチップ面をクランプ素子のために使わなければならない。その他の手段は、リード線５４のインダクタンスを僅かに保つことである。しかしながらこの手段は補償装置１が集積回路５１の直ぐ近くに配設されない限り達成不可能である。しかしながらこのことは、チップの補償が例えば高温下、高圧下、又はチップ５１の加速下等の種々の条件の下で行われる場合には過度なコストの増加に結び付く。この種の機能補償は、チップ５１がセンサ信号の評価に要される場合には通常行われている。
【０００９】
図４には従来の方法の場合の典型的な電圧と電流の経過が示されている。補償装置１によって、溶断区間５２の溶断のためのインパルスがリード線５４に印加される。この印加は確定されているパルス持続時間、例えば期間ｔ０に基づいて行われる。時点ｔ１までの上昇フェーズにおいては出力が引き上げられる。すなわち電圧も電流もこの領域では直線的に上昇する。時点ｔ１では所定の最大電圧に達する。時点ｔ１からは、一定の電流が溶断区間５２を流れ、この区間を加熱する。溶断区間が時点ｔ２で溶断された場合には、まず電流の流れが低下する。なぜなら溶断区間５２の抵抗が衝撃的に上昇するからである。同時に誘導に起因する急峻な電圧上昇が生じる。この急峻な電圧上昇は、部分回路５３の寄生サイリスタを点弧し、そのため電流の通流は続くが部分回路５３を通って行われる。それにより時点ｔ２とｔ０の間では、集積回路の損傷に結び付く電流が、部分回路５３を通って流れる。
【００１０】
図２には、本発明による補償装置１の第１実施例が示されている。パルス源２によってパワートランジスタ３のゲートは制御される。パルス源２は次のような電圧信号を供給する。すなわち時点ｔ１までの第１の時間間隔においてゼロから所定の電圧値まで直線的に上昇する電圧信号を供給する。第２の後続する時点ｔ０では、この信号が再びゼロに戻る。パルス源２の電圧信号は、ＭＯＳトランジスタ３のゲートに印加される。このトランジスタ３のドレイン端子は、設定可能な抵抗を介して供給電圧源ＶＣＣに接続されている。トランジスタ３のソース端子は、設定可能な抵抗５を介して出力側６と接続されている。さらにトランジスタ７が設けられている。このトランジスタ７のコレクタは、ＭＯＳトランジスタ３のゲート端子に接続され、このトランジスタ７のベースは、トランジスタ３のソース端子と抵抗５の間のタップに接続され、トランジスタ７のエミッタは出力側６に接続されている。このトランジスタ７はここではｎｐｎ形トランジスタとして構成されている。ＭＯＳトランジスタ３のドレイン端子と抵抗４との間には節点８が設けられている。この節点８はキャパシタンス９と設定可能な抵抗１０を介して第２の出力側１１に接続される。ＭＯＳトランジスタ３のゲートと第２の出力側１１（アース）の間にはさらにサイリスタ１２が接続されている。このサイリスタ１２の制御入力側は、キャパシタンス９と抵抗１０の間のタップと接続されている。
【００１１】
トランジスタ７は抵抗５と共に電流制限器を形成する。この制限器によりトランジスタ３を流れることのできる最大溶断電流が制限される。抵抗５においてはトランジスタ３を流れる電流に依存して電圧が低下する。この低下電圧が次のような大きさ、すなわちトランジスタ７が駆動されるような大きさならば、ＭＯＳトランジスタ３のゲートに印加される電圧は低減し、トランジスタ３を流れる電流も同様に低減する。抵抗５の値の設定によって、トランジスタ３を流れる最大電流が設定される。
【００１２】
キャパシタンス９と抵抗１０は、節点８における電圧を微分する微分器として用いられる。節点８において突然の電圧上昇が引き起こされた場合には、キャパシタンス９と抵抗１０の間のタップにおいて制御信号が生ぜしめられる。この制御信号はサイリスタ１２を点弧する。突然の電圧低下が引き起こされた場合にも、キャパシタンス９と抵抗１０の間のタップには信号が生ぜしめられるが、この信号はその極性のためにサイリスタ１２の点弧には適さない。サイリスタ１２が点弧された場合には、ＭＯＳトランジスタ３のゲート電圧が低減され、それによって補償装置が遮断される。抵抗４の大きさによって節点８に生じる電圧の高さが設定される。
【００１３】
図７には実線で示された特性曲線Ｖで節点８における電圧経過が示されている。ＭＯＳトランジスタ３が時点ｔ１までにパルス源２の電圧ランプによって導通制御された場合には、節点８における電位は最初に加えられた供給電圧ＶＣＣから比較的低い値まで低減する。節点８における電圧降下は、電流制限器５,７を介して設定される電流によって抵抗値Ｒ４と乗算される。時点ｔ１と、溶断区間の溶断する時点ｔ２との間では、節点８における電圧は一定に保持される。溶断区間の溶断時点ｔ２では、節点８における電圧が再び衝撃的に高い値に上昇する。これはキャパシタンス９と抵抗１０の間のタップにおいて突然のインパルスとなる。このインパルスによりサイリスタ１２は起動される。破線で示されている特性曲線（これはキャパシタンス９と抵抗１０の間のタップにおける電圧を表す）のように、時点ｔ１まで低下する電圧によって僅かな負の信号しか生成されない。節点８において突然の電圧上昇が生じる時点ｔ２では、正の制御信号が生成される。この信号はサイリスタ１２を導通制御する（図７の破線で示されている特性曲線）。
【００１４】
図５には入力側と出力側の間に加えられる電圧（実線で示された特性曲線Ｖ）かないしは線路を通って流れる電流Ｉが示されている。この図から明らかなように、時点ｔ２では短い電圧上昇しか生じない。この電圧上昇ではまだ、部分回路５３を通って一定の電流が流れるまでには至らない。なぜならＭＯＳトランジスタ３がサイリスタ１２によって遮断されるからである。時点ｔ２では集積回路５１を通って流れるあらゆる電流が遮断され、回路部分の損傷は確実に回避される。
【００１５】
図３には本発明による補償装置の第２実施例が示されている。パルス源２と、サイリスタ１２と、ＭＯＳトランジスタ３と、抵抗５,サイリスタ７で形成される電流制限器の配置構成は、既に図２に示されている。出力側６は抵抗１０と接続され、抵抗１０はキャパシタンス９と接続され、キャパシタンス９は第２の出力側１１（アース）に接続されている。このキャパシタンス９と抵抗１０も微分器を形成する。この微分器は、第１の出力側６と第２の出力側１１（アース）の間に配置される。さらに出力側６は、ショットキーダイオード２２を介して抵抗５ないし電流制限器のトランジスタ７のエミッタに接続される。さらにｐｎｐ−トランジスタ２０が設けられる。このトランジスタ２０のエミッタはトランジスタ７のエミッタに接続され、トランジスタ２０のベースは、抵抗１０とキャパシタンス９の間にあるタップに接続され、トランジスタ２０のコレクタは、抵抗２１を介して第２の出力側１１（アース）に接続される。トランジスタ２０のコレクタは、サイリスタ１２の制御端子に接続される。
【００１６】
ここでも抵抗１０とキャパシタンス９による微分器が設けられている。この微分器は、第１の出力側６と第２の出力側１１の間に印加される電圧の導入部を形成する。この２つの出力側の間の電圧経過は、図４にも図５にも示されているように時点ｔ２までは同じである。時点ｔ１までは２つの出力側の間の電圧は直線的に上昇する。時点ｔ１と、溶断区間の遮断される時点ｔ２との間では、電圧は一定に維持される。溶断区間の溶断の際には短い急峻な電圧上昇が生じる。
【００１７】
図６にはサイリスタ１２の制御端子における電圧経過が示されている。図から明らかなように、時点ｔ１までの上昇フェーズでは電圧ランプに基づいて僅かな正の制御信号のみがサイリスタ１２の制御端子に生じる。この信号は、サイリスタ１２を点弧するのには小さすぎる。強い信号が生じる時点ｔ２になってはじめてサイリスタ１２は点弧される。トランジスタ２０と、動作点設定のために用いられる抵抗２１は、抵抗１０とキャパシタンス９の間のタップに生じる信号の増幅に作用する。それによってサイリスタ１２の確実な起動が達成される。ショットキーダイオード２２によってトランジスタ２０の所定のバイアスが生ぜしめられる。この手段によれば、溶断区間の溶断を識別する当該装置の感度が高められる。しかしながらショットキーダイオード２２を省いてトランジスタ２０のエミッタを直接出力側６と電流制限回路に接続してもよい。特に構成素子３と１２の適切な選択によって１００ｎｓのオーダーのスイッチング時間が達成可能である。
【００１８】
当業者にとっては本発明による回路の一連の変化例は、本発明の構成のみを頼らなくても明らかである。そのためＭＯＳトランジスタ３の代わりに、例えばバイポーラトランジスタ等の、その他の制御可能な全ての素子が適用可能である。同様にトランジスタ７,２０やサイリスタ１２も、同じように機能するその他の素子に置き換えてもよい。例えばサイリスタ１２の代わりに、場合によってはフリップフロップなどの記憶素子と共に相応に設計されたトランジスタを使用することも可能である。ここにおいてトランジスタ７と抵抗５で範例的に示された電流制限回路は、必ずしもこの形態で実現する必要はない。すなわちその他の電流制限回路の形態で構成してもよいし、場合によってはこの電流制限回路自体を完全に省いてもよい。さらにここに示されているのとは異なる形態の微分器を用いることもできる。
【００１９】
図２に示されている回路では、時点ｔ２までは次のような信号が生成される。すなわち時点ｔ１までの上昇期間中の信号とその極性が異なる信号が生成される。それ故に微分器の時定数（これは抵抗１０の相応の選定によって設定可能である）は、比較的アンクリティカルである。しかしながら抵抗４は回路の機能に対して必要なので、図３による回路の場合よりも高い供給電圧ＶＣＣが必要となる。図３による回路の場合では、抵抗１０が比較的正確に設定される必要がある。なぜならそこでは最初のラインで発生電圧の急峻度が評価されるからである。抵抗１０の選定が正しく行われることによって、時点ｔ１までの上昇フェーズ期間中にサイリスタ１２に対する制御パルスが何も発生しないことが補償される。これに対して時点ｔ２では急峻な上昇がサイリスタ１２の制御パルスを引き起こす。
【００２０】
図８には別の補償装置１が示されている。この補償装置はリード線５４によって集積回路５１と接続されている。集積回路の内部構造は、図１に示されている構造に相応する。さらに信号前処理回路１０１を有するアンテナ１００が設けられている。このアンテナ１００は、集積回路５１の直ぐ近くに配設される。溶断区間が溶断された場合には、電流の突然の変化によって大きな電磁障害が集積回路５１近傍に生じる。この信号がアンテナ１００によって受信され、相応の増幅とフィルタリングの後で信号前処理回路１０１によって補償装置１に転送される。そこでこの信号は、図２及び図３から明らかなようにサイリスタの点弧に直接利用される。それ故にこの場合では微分器はもはや必要ない。特に簡単にはアンテナ１００が金属膜で構成され、これが溶断区間の直接近傍に配設される。
【図面の簡単な説明】
【図１】半導体回路と補償装置からなる回路装置の基本構成を示した図である。
【図２】補償装置の第１実施例を示した図である。
【図３】補償装置の第２実施例を示した図である。
【図４】従来手法による場合の電流と電圧の経過を示した図である。
【図５】本発明による場合の電流と電圧の経過を示した図である。
【図６】図３による装置の測定点における電圧経過を示した図である。
【図７】図２による装置の測定点における電圧経過を示した図である。
【図８】さらなる別の補償装置を示した図である。
【符号の説明】
１ 補償装置
２ パルス源
３ パワートランジスタ
４,５ 設定可能な抵抗
７ トランジスタ
８ 節点
１０ 設定可能な抵抗
５１ 集積回路
５２ 溶断区間
５３ 部分回路
５４ リード線
５５ 導体路
１００ アンテナ

Claims (10)

1. 溶断区間（５２）に溶断電流を供給する、集積回路（５１）の溶断区間（５２）補償装置において、
   溶断区間（５２）の溶断を識別し集積回路（５１）の損傷が生じる前に溶断電流を遮断する手段が設けられていることを特徴とする、集積回路の補償装置。
2. 第１の出力側（６）がスイッチング素子（３）を介して供給電圧源（ＶＣＣ）と接続可能であり、第２の出力側（１１）が設けられており、前記供給電圧源（ＶＣＣ）と溶断区間の間に節点が設けられており、該節点と前記第２の出力側（１１）の間に微分器が設けられており、該微分器によって前記スイッチング素子（３）の遮断のための信号が生ぜしめられる、請求項１記載の集積回路の補償装置。
3. 前記スイッチング素子（３）はトランジスタとして構成されており、該トランジスタの制御端子はインパルス源と接続されており、さらに例えばサイリスタ等のスイッチ（１２）が設けられており、該スイッチ（１２）は、前記制御端子と第２の出力側（１１）を接続させる、請求項２記載の集積回路の補償装置。
4. 前記微分器は、抵抗（１０）とキャパシタンス（９）を有しており、前記抵抗（１０）とキャパシタンス（９）の間にはタップが設けられており、前記微分器のタップからの信号によって、前記スイッチ（１２）が導通状態に切換可能である、請求項３記載の集積回路の補償装置。
5. 前記スイッチング素子（３）と供給電圧源との間に抵抗（４）が設けられており、前記節点（８）は該抵抗（４）と該スイッチング素子（３）の間に設けられており、該節点（８）は、前記微分器のキャパシタンス（９）と抵抗（１０）を介して第２の出力側（１１）に接続されており、前記キャパシタンス（９）と抵抗（１０）の間に前記スイッチ（１２）の信号のためのタップが設けられている、請求項２または３記載の集積回路の補償装置。
6. 前記第１の出力側（６）は、前記微分器の抵抗（１０）とキャパシタンス（９）を介して第２の出力側（１１）に接続されており、前記タップにおいて前記スイッチ（１２）のための制御信号が取り出し可能である、請求項４記載の集積回路の補償装置。
7. 前記抵抗（１０）とキャパシタンス（９）の間のタップはｐｎｐ−トランジスタ（２０）のベースに接続されており、該トランジスタ（２０）のコレクタは、前記スイッチ（１２）の制御端子に接続されさらに抵抗（２１）を介して第２の出力側（１１）に接続されており、前記トランジスタ（２０）のエミッタは、前記第１の出力側（６）に直接か又はショットキーダイオード（２２）を介して接続されている、請求項６記載の集積回路の補償装置。
8. 前記スイッチング素子（３）に対して電流制限装置が設けられている、請求項１〜７いずれか１項記載の集積回路の補償装置。
9. アンテナ（１００）が集積回路（５１）の直接近傍に配設され、該アンテナ（１００）によって補償装置（１）の遮断のための信号が生ぜしめられる、請求項１記載の集積回路の補償装置。
10. 溶断区間への電流の通流によって溶断可能な溶断区間が設けられている集積回路の補償方法において、
    溶断区間を溶断期間の間監視し、該溶断区間の溶断が検出されると同時に溶断電流を遮断することを特徴とする、集積回路の補償方法。

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