JP4746489B2 - 半導体測定装置 - Google Patents

Description

本発明は、半導体装置及び半導体測定装置に関する。

照明用ＬＥＤ（Light Emitting Diode）や表示用ＬＥＤに電流を供給する電流ドライブ用トランジスタを内蔵した半導体装置では、電流ドライブ用トランジスタの出力が接続されている外部端子の仕様として、例えば「外部端子の電圧が所定の電圧（例えば０．４Ｖ）のときに、負荷電流が所定の電流（例えば３００ｍＡ）以上であること」というように既定されている。

このような、ＬＥＤに電流を供給する半導体装置としては、例えば特開２００２−３１９７０７号公報（特許文献１）の図１５に示されるようなＬＥＤ駆動回路が知られている。図１は特許文献１の図１５に示される従来のＬＥＤ駆動回路を示す図である。

ＬＥＤ駆動回路１００の電源端子１０には電源電圧ＶＤＤが印加される。定電流発生回路１５では、基準電圧回路１１の出力電圧Ｖｒｅｆと、抵抗１３の電圧Ｖａとの差電圧を誤差増幅回路１２が増幅しており、この増幅された差電圧がトランジスタ１４のゲート電圧を制御している。ＬＥＤ駆動回路１０の外部端子１及び外部端子２には、それぞれＬＥＤ１９とＬＥＤ２０が接続されている。ここで、トランジスタ１４及び１６には、抵抗１３に流れる電流と同じ電流が流れる。ＬＥＤ駆動回路１００では、カレントミラー回路を構成するトランジスタ１６、１７、１８は全て同じ特性であるから、トランジスタ１７、１８にもトランジスタ１６と同じ電流が流れる。このトランジスタ１７、１８に流れる電流によりＬＥＤ１９、ＬＥＤ２０が点灯される。

このような半導体装置では、半導体装置が実際に既定通りに動作しているかを確認するため、半導体装置の外部端子における電流及び電圧を測定する。

この測定において、外部端子に電流を供給しながら端子電圧を測定する場合は、測定装置から半導体装置の外部端子までに存在する測定装置内の配線抵抗、ＩＣソケットの配線抵抗、ＩＣソケットと外部端子との接触抵抗などによる電圧降下のため、正確な電圧測定が難しい。

そこで、従来では、ケルビンコンタクトプローブと呼ばれる特殊なプロープを用いて半導体装置の外部端子における電流及び電圧を測定している。このプローブは、電流を供給するフォースプローブと電圧を検出するセンスプローブを絶縁した状態のものであり、この２つのプローブを半導体装置の外部端子へ接触させる。

例えば半導体装置の外部端子がリードタイプのＩＣの場合のケルビンコンタクトプローブについて、特開２００４−１５０９８１号公報（特許文献２）に記載されている。特許文献１には、リード端子の寸法バラツキに影響されることなく２つの測定用接触子をリード端子に確実に接触させる半導体装置の電気的特性測定装置及び電気的特性測定方法が記載されている。

また、例えば半導体装置の外部端子がＢＡＧパッケージのような半田ボールの場合について、特開２００５−２８３３５号公報（特許文献３）や特開２００６−３８４５９号公報（特許文献４）に記載されている。特許文献３には、半田ボールを２探針で支障なく検査し得る２探針ケルビンプローブが記載されている。特許文献４には、ＢＡＧパッケージに収納された素子の電気的特性を精度よく測定するＢＡＧパッケージ用検査用具及び検査方法が記載されている。

さらに、半導体装置の外部端子における電流及び電圧の測定において上述したようなケルビンコンタクトプローブを使用しない場合、半導体装置内で外部端子を２つに分け、電流供給用端子と電圧測定用端子を独立して設けている。
特開２００２−３１９７０７号公報 特開２００４−１５０９８１号公報 特開２００５−２８３３５号公報 特開２００６−３８４５９号公報

しかしながら近年のＩＣパッケージの小型化に伴い、半導体装置の外部端子の形状は極めて小さくなっている。ケルビンコンタクトプローブを用いた測定では、２つの電極を絶縁した状態で１つの外部端子に接触させるため、外部端子が小型化に伴い接触の信頼性が低下する。また、ケルビンコンタクトプローブ自体の小型化にも限度がある。また、半導体装置の外部端子を電流供給端子と電圧検出端子の２つに分けた場合でも、半導体測定装置には電流供給手段の他に電圧測定手段が必要となり、半導体測定装置が繁雑で高価なものとなる。

本発明は、このような点を鑑みて、これらを解決すべくなされたものであり、半導体装置の外部端子における電流及び電圧の測定において、ケルビンコンタクトプローブが不要で、かつ電圧測定手段を不要とする半導体装置及び半導体測定装置を提供することを目的とするものである。

上記目的を達成するために、本発明の半導体装置及び半導体測定装置は次の如き構成を採用した。

本発明の半導体装置は、負荷を接続するための第一の外部端子を備え、前記負荷に電流を供給するための電流ドライブ用トランジスタを内蔵した半導体装置において、前記第一の外部端子の電圧と基準電圧とを比較するコンパレータと、前記コンパレータの出力に接続された第二の外部端子とを有する構成とした。

係る構成によれば、前記外部端子の電圧が基準電圧に達した時点で、その旨を示す信号を出力できる。

また、本発明の半導体装置は、電源電圧を昇圧し、第三の外部端子に接続される負荷に電力を供給する昇圧回路を有し、前記昇圧回路は、前記コンパレータの出力に基づき昇圧率が変化する構成とすることができる。

係る構成によれば、新たにコンパレータを追加する必要がなく、回路規模の増大を抑制できる。

本発明の半導体測定装置は、負荷を接続するための第一の外部端子と、前記負荷に電流を供給するための電流ドライブ用トランジスタと、前記第一の外部端子の電圧と基準電圧とを比較するコンパレータと、前記コンパレータの出力に接続された第二の外部端子とを有する半導体装置に係る半導体測定装置であって、前記第一の外部端子に電圧を供給する可変電圧源と、前記第一の外部端子と、前記可変電圧源との間に流れる電流を測定する電流測定回路を有し、前記第二の外部端子の電圧レベルが変化した時、前記電流測定回路の電流値を読み取る構成とした。

係る構成によれば、前記第二の外部端子の電圧レベルが変化した時点の前記電流測定回路の電流値を読み取るため、ケルビンコンタクトプローブと電圧測定手段が不要となる。

本発明によれば、半導体装置の外部端子における電流及び電圧の測定においてケルビンコンタクトプローブが不要で、かつ電圧測定手段を不要とする半導体装置及び半導体測定装置を提供することができる。

本発明の半導体装置は、負荷に電流を供給するための電流ドライブ用トランジスタを内内蔵しており、負荷を接続するための第一の外部端子と、第一の外部端子の電圧と基準電圧とを比較するコンパレータと、コンパレータの出力に接続された第二の外部端子とを有する。そして、半導体装置は、第一の外部端子が基準電圧に達した時、第二の外部端子から出力される信号の信号レベルを変化させる。

また、本発明の半導体測定装置は、第一の外部端子に電圧を供給する可変電圧源と、第一の外部端子と可変電圧源間に流れる電流を測定する電流測定回路を有し、第二の外部端子の電圧レベルが変化した時、電流測定回路の電流値を読み取る。これにより、半導体測定装置は、半導体装置の第一の外部端子において、その電圧が基準電圧に達した時の電流値を測定できる。

以下に図面を参照して本発明の実施例１について説明する。図２は、本発明の実施例１の半導体装置２１０と半導体測定装置２２０の回路図の一例を示す図である。

半導体装置２１０は、半導体装置２１０の仕様として既定の電気特性を満たすように製造されており、半導体測定装置２２０は、半導体装置２１０の電気特性を測定する。

以下に半導体装置２１０について説明する。

半導体装置２１０は、コンパレータ２１１、電流源２１２、ＮＭＯＳトランジスタＭ１、Ｍ２を有する。また、半導体装置２１０は、第一の外部端子である端子Ａ、第二の外部端子である端子Ｂを備えている。

コンパレータ２１１の反転入力端子には、基準電圧Ｖｒｅｆが印加されており、非反転入力端子は端子Ａに接続されている。そして、コンパレータ２１１の出力端子は端子Ｂへ接続されている。

ＮＭＯＳトランジスタＭ１、Ｍ２は、それぞれのソースが接地されており、ゲートが共通接続されている。この共通接続されたゲートは、ＮＭＯＳトランジスタＭ２のドレインに接続されている。ＮＭＯＳトランジスタＭ２のドレインには、電流源２１２が接続されており、この電流源２１２によりＮＭＯＳトランジスタＭ２のドレイン電流が供給されている。尚、本実施例の電流源２１２は、例えば背景技術で説明した図１の定電流発生回路１５と同様の構成であって良い。ＮＭＯＳトランジスタＭ１のドレインは端子Ａに接続されている。

ここで、ＮＭＯＳトランジスタＭ１、Ｍ２はカレントミラー回路を構成している。よって、ＮＭＯＳトランジスタＭ１のドレイン電流は、電流源２１２により供給される電流と比例した電流となる。例えばＮＭＯＳトランジスタＭ１とＮＭＯＳトランジスタＭ２の素子サイズ比が１０００：１となっていた場合には、ＮＭＯＳトランジスタＭ１のドレイン電流は電流源２１２から供給される電流の１０００倍となる。

本実施例における半導体装置２１０は、例えばＬＥＤ駆動回路などであり、端子Ａと半導体装置２１０の外部に設けられた図示しない電源間に、負荷となるＬＥＤが接続されて使用されても良い。

また、半導体装置２１０の電気特性とは、例えば「端子Ａの電圧が所定の電圧のとき、端子Ａに接続された負荷に対して所定の電流を供給する」といったものであり、本実施例では所定の電圧を０．４Ｖ、所定の電流源を３００ｍＡとした。

次に、半導体測定装置について説明する。

半導体測定装置２２０は、電流測定回路２２１と可変電圧源Ｖｔとを有する。また、半導体測定装置２２０は半導体装置２１０の端子Ａに接続された端子ａ、半導体装置２１０の端子Ｂに接続された端子ｂを備える。半導体測定装置２２０は、半導体装置２１０の端子Ａの電圧が所定の電圧に達した時の端子Ａに流れる電流値を読み取ることにより、半導体装置２１０の電気特性を測定する。

可変電圧源Ｖｔは、その一端が接地され、他端が電圧測定回路２２１を介して端子ａに接続されており、端子ａより抵抗Ｒ１を介して端子Ａに電圧を供給する。ここで、抵抗Ｒ１は、半導体測定装置２２０から半導体装置２１０の端子Ａまでに存在する全ての配線抵抗の総和を表している。本実施例の抵抗Ｒ１には、例えば半導体測定装置２２０内の配線抵抗、ＩＣソケットの配線抵抗、ＩＣソケットと端子Ａとの接触抵抗等が含まれる。

電流測定回路２２１は、可変電圧源Ｖｔと端子Ａとの間に流れる電流の電流値を測定する回路であり、端子ｂと接続されている。電流測定回路２２１は端子ｂから供給される信号に基づき、可変電圧源Ｖｔと端子Ａ間の電流値を読み取る。

次に、半導体測定装置２２０による半導体装置２１０の電気特性の測定手順について図３を参照して説明する。図３は、半導体装置２１０の電気特性の一例を示す図である。

半導体装置２１０の基準電圧Ｖｒｅｆは、仕様で決められた所定の電圧と同電圧に設定されている。よって本実施例での所定の電圧は０．４Ｖであるから、基準電圧Ｖｒｅｆは０．４Ｖに設定されている。

ここで半導体測定装置２２０の有する可変電圧源Ｖｔの電圧を徐々にあげていくと、図３に示すように、ＮＭＯＳトランジスタＭ１のドレイン電流Ｉｄが増加すると共に、端子Ａの電圧が上昇する。このとき端子Ａの電圧は、可変電圧源Ｖｔから抵抗Ｒ１の電圧降下を引いた電圧となる。

ここで、端子Ａの電圧が基準電圧Ｖｒｅｆ（０．４Ｖ）に達すると、コンパレータ２１１の出力はローレベル（以下、Ｌレベル）からハイレベル（以下、Ｈレベル）に切り替わる。このＨレベルの信号は、端子Ｂから半導体測定装置２２０の端子ｂを介して電流測定回路２２１へ供給される。

半導体測定装置２２０では、このＨレベルの信号を受けて、電流測定回路２２１が可変電圧源Ｖｔと端子Ａとの間に流れる電流の電流値を読み取る。

このようにすれば、半導体測定装置２２０では、端子Ａの電圧が所定の電圧である０．４Ｖに達した時点における端子Ａに流れる電流値を測定することができる。このとき端子Ａに流れる電流が所定の電流である３００ｍＡであれば、半導体装置２１０は既定の電気特性を満たしていると言える。すなわち、半導体測定装置２２０は、半導体装置２１０が既定の電気特性を満たしているかを測定することができる。このような測定は、例えば半導体装置２１０が出荷される前などに行われても良い。

以上に説明したように、本発明の半導体装置２１０及び半導体測定装置２２０によれば、ケルビンコンタクトプローブを用いることなく半導体装置２１０の電気特性を測定することができる。さらに、本発明の半導体装置２１０及び半導体測定装置２２０によれば、半導体測定装置２２０は、半導体装置２１０の端子Ａの電圧が半導体装置２１０の内部の設けられた基準電圧に達したときの端子Ａの電流値を読み取っているため、端子Ａの電圧を測定することなく端子Ａの電圧と電流を測定できる。よって、半導体測定装置２２０では電圧測定手段を設ける必要がなく、より簡素で低コストの半導体測定装置とすることができる。

以下に図４を参照して本発明の実施例２について説明する。図４は、本発明の実施例２の半導体装置２１０Ａと半導体測定装置２２０の回路図の一例を示す図である。

実施例２において、実施例１と異なる点は、半導体装置２１０Ａ内にチャージポンプ回路２１３が設けられた点と、チャージポンプ回路２１３の入力端子ＩＮに入力される電源電圧Ｖｉｎと、チャージポンプ回路２１３の出力ＯＵＴが接続される端子Ｃが設けられた点である。よって、図４の説明では実施例１と異なる点についてのみ説明し、実施例１と同様の構成及び機能を有するものには図２と同様の符号を付与し、説明を省略する。

チャージポンプ回路２１３は、入力端子ＩＮと出力端子ＯＵＴ及び昇圧率制御端子ＣＴＬとを備えている。チャージポンプ回路２１３は昇圧回路であり、入力端子ＩＮに印加される電源電圧Ｖｉｎを所定の昇圧率で昇圧して出力する。また、チャージポンプ回路２１３は、昇圧率制御端子ＣＴＬに印加される信号に応じた昇圧率で電源電圧Ｖｉｎを昇圧する。そして、この昇圧された電圧を出力端子ＯＵＴから出力する。

出力端子ＯＵＴは、端子Ｃと接続されている。端子Ｃへ供給された電圧は、端子Ｃに接続される図示しない負荷へ供給される電源として使用される。この場合、図示しない負荷とは例えばＬＥＤ等であり、端子Ｃと端子Ａとの間に接続されても良い。

昇圧率制御端子ＣＴＬは、コンパレータ２１１の出力端子と接続されており、チャージポンプ回路２１３の昇圧率は、コンパレータ２１１の出力に応じて制御される。本実施例では、チャージポンプ回路２１３は、端子Ａの電圧が基準電圧Ｖｒｅｆ以下の場合、すなわちコンパレータ２１１の出力がＬレベルのとき昇圧率を高くする。すなわち、端子Ｃの電圧は、端子Ａの電圧が基準電圧Ｖｒｅｆ以下の場合に電源電圧Ｖｉｎと比べて高電圧となる。尚、チャージポンプ回路２１３の昇圧率及びその制御については後述する。

このようにすれば、例えば端子Ａと端子Ｃ間に負荷となるＬＥＤ等が接続された場合に、端子Ａの電圧を基準電圧Ｖｒｅｆまで上昇させることができ、半導体装置２１０Ａが負荷に対して十分な電流を供給できる状態とすることができる。また、チャージポンプ回路２１３では、端子Ａの電圧が基準電圧Ｖｒｅｆに達したとき、すなわちコンパレータ２１１の出力がＨレベルとなったとき、昇圧率を低くしても良い。

ここでチャージポンプ回路２１３の昇圧率について説明する。チージポンプ回路２１３では、例えば１．５倍、２倍等のように昇圧率が選択的に設定可能となっていても良い。この場合、チャージポンプ回路２１３は、昇圧率制御端子ＣＴＬに印加される信号がＬレベルの時、昇圧率を２倍に設定し、入力端子ＩＮに印加された電源電圧Ｖｉｎを昇圧しても良い。また、チャージポンプ回路２１３は、昇圧率制御端子ＣＴＬに印加される信号がＨレベルのとき、昇圧率を１．５倍に設定し、入力端子ＩＮに印加された電源電圧Ｖｉｎを昇圧しても良い。尚、チャージポンプ回路２１３は、インダクタやコンデンサなどを用いて実現しても良い。

本実施例における半導体測定装置２２０による半導体装置２１０Ａの電気特性の測定手順は実施例１と同様である。

すなわち本実施例によれば、チャージポンプ回路２１３の昇圧率設定用のコンパレータ２１１を、半導体装置２１０Ａの電気特性の測定用として兼用することができる。このため本実施例の半導体装置２１０Ａでは、回路規模の増大および高コスト化を抑制することができる。

以上、各実施例において説明したように、本発明の半導体装置及び半導体測定装置によれば、ケルビンコンタクトプローブを用いずに半導体装置の電気特性を測定できる。また、本発明によれば、半導体測定装置に電圧測定手段を設ける必要がなく、より簡素で低コストの半導体測定装置とすることができる。

さらに本発明によれば、半導体装置においてチャージポンプ回路の昇圧率設定用の基準電圧Ｖｒｅｆとコンパレータを半導体装置の電気特性の測定用として兼用できるため、回路規模の増大とコストアップを抑制できる。

以上、各実施例に基づき本発明の説明を行ってきたが、上記実施例にあげた形状、その他の要素との組み合わせなど、ここで示した要件に本発明が限定されるものではない。これらの点に関しては、本発明の主旨をそこなわない範囲で変更することが可能であり、その応用形態に応じて適切に定めることができる。

本発明は、半導体装置及び半導体測定装置に応用可能である。

特許文献１の図１５に示される従来のＬＥＤ駆動回路を示す図である。 本発明の実施例１の半導体装置２１０と半導体測定装置２２０の回路図の一例を示す図である。 半導体装置２１０の電気特性の一例を示す図である。 本発明の実施例２の半導体装置２１０Ａと半導体測定装置２２０の回路図の一例を示す図である。

符号の説明

２１０、２１０Ａ 半導体装置
２１１ コンパレータ
２１２ 電流源
２２０ 半導体測定装置
２２１ 電流測定回路
Ａ、Ｂ、Ｃ 端子
Ｍ１、Ｍ２ ＮＭＯＳトランジスタ
Ｖｔ 可変電圧源

Claims (2)

1. 負荷を接続するための第一の外部端子を備え、前記負荷に電流を供給するための電流ドライブ用トランジスタを内蔵した半導体装置において、
   前記第一の外部端子の電圧と基準電圧とを比較するコンパレータと、
   前記コンパレータの出力に接続された第二の外部端子と、
   電源電圧を昇圧し、第三の外部端子に接続される負荷に電力を供給する昇圧回路と、を有し、
   前記昇圧回路は、前記コンパレータの出力に基づき昇圧率が変化することを特徴とする半導体装置。
2. 負荷を接続するための第一の外部端子と、
   前記負荷に電流を供給するための電流ドライブ用トランジスタと、
   前記第一の外部端子の電圧と基準電圧とを比較するコンパレータと、
   前記コンパレータの出力に接続された第二の外部端子とを有する半導体装置に係る半導体測定装置であって、
   前記第一の外部端子に電圧を供給する可変電圧源と、
   前記第一の外部端子と、前記可変電圧源との間に流れる電流を測定する電流測定回路を有し、
   前記第二の外部端子の電圧レベルが変化した時、前記電流測定回路の電流値を読み取ることを特徴とする半導体測定装置。

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