JP4836355B2

JP4836355B2 - 半導体集積回路装置

Info

Publication number: JP4836355B2
Application number: JP2001173449A
Authority: JP
Inventors: 勲山本; 晃一宮長
Original assignee: Rohm Co Ltd
Current assignee: Rohm Co Ltd
Priority date: 2001-06-08
Filing date: 2001-06-08
Publication date: 2011-12-14
Anticipated expiration: 2021-06-08
Also published as: US20020186067A1; JP2002368110A; US6687107B2; US7009830B2; US20040145021A1

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
この発明は、電源回路等に好適な半導体集積回路装置に関し、詳しくは、過熱する可能性を持った素子または回路に加えて過熱検出回路も搭載している半導体集積回路装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
ＩＣ（半導体集積回路装置）に搭載される過熱検出回路として、従来より、図４（ａ）〜（ｃ）に回路図を示した幾種類かのものが知られている。
そのうち図４（ａ）のものは、ダイオードの順方向電圧に関する温度特性を利用したものであり、ダイオードの置かれたところの温度を電圧で検出しその温度が所定値に達したとき過熱検出信号を出力するようになっている。
これに対し、図４（ｂ）のものは、ベースを解放したバイポーラトランジスタの漏れ電流（すなわち破線で図示したベース−エミッタ間の寄生ダイオードの逆方向電流）の増加に応じて過熱検出信号を出すようになっている。
【０００３】
さらに、図４（ｃ）の過熱検出回路は、抵抗２の媒介によって、定電流回路１とバイポーラトランジスタ３との温度特性に基づく温度検出に加えて、検出電流の増幅も一緒に行うものである。そのため、この回路は、定電流回路１の出力電流をバイポーラトランジスタ３のベース３ａとベース３ａに接続された抵抗２との接続ラインから抵抗２へ強制的に流すようになっている。また、過熱検出信号の生成に際しては、バイポーラトランジスタ３のコレクタ電流をプルアップ抵抗４で電圧信号に変換し、それからバッファー５で所望の過熱検出信号を生成出力するようになっている。なお、抵抗２は、通常、半導体パターン等で形成され、その周りを囲むウェル領域２ａは、他素子との絶縁分離のため、バイポーラトランジスタ３のベース３ａ側などにクランプされている。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、このような従来の半導体集積回路装置に用いられてきた過熱検出回路には、それぞれ一長一短がある。例えば、図４（ａ）及び図４（ｃ）のものには、検出信号を出す温度を比較的自由に設定できるという長所が有る一方、過熱状態への遷移を検出温度の何処に対応させるかが難しいという短所が有る。他方、図４（ｂ）のものには、漏れ電流が過熱状態への遷移に対応して急変するので、過熱状態への遷移を的確に捉えることができるという長所が有る一方、バイポーラトランジスタのベースが解放されているので、安定動作を得るための設計負担が大きい等の短所が有る。
【０００５】
これに対して、図４（ｃ）のものは、バイポーラトランジスタのベースに接続された抵抗を有していて使い易く、バイポーラトランジスタの電流増幅作用も自然に利用できる、という長所が有る。
そこで、過熱状態への遷移を的確に捉えることができ而も使い易い過熱検出回路を案出することが要請されるが、それに応えるには、図４（ｃ）の過熱検出回路の長所を維持しつつ図４（ｂ）のもののように漏れ電流に感応させることが考えられる。そして、そのためには、図４（ｃ）の過熱検出回路を元にして、どのような改造を施すか、といった工夫をすることが技術的な課題となる。
【０００６】
この発明は、このような課題を解決するためになされたものであり、バイポーラトランジスタのベースに接続された抵抗の漏れ電流に基づいて過熱検出を行う半導体集積回路装置を実現することを目的とする。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
このような課題を解決するために発明された第１乃至第２の解決手段について、その構成および作用効果を以下に説明する。
【０００８】
［第１の解決手段］
第１の解決手段の半導体集積回路装置は、出願当初の請求項１に記載の如く、過熱検出回路が過熱保護対象の素子または回路と同一基板に形成されている半導体集積回路装置において、前記過熱検出回路が、バイポーラトランジスタと、そのベースに接続された抵抗と、この抵抗の形成されたウェル領域に（素子間分離に必要な）所定電圧を印加する定電圧発生回路とを備えている、というものである。
すなわち、従来例の図４（ｃ）の過熱検出回路と対比して言えば、定電流回路に代えて定電圧発生回路が導入されるとともに、バイポーラトランジスタのベースに接続された抵抗のウェル領域のクランプ先が前記定電圧発生回路の出力電圧に変更されている、というものである。
【０００９】
このような第１の解決手段の半導体集積回路装置にあっては、ウェル領域から抵抗への漏れ電流が検出対象になるうえ、その電流が定電圧発生回路の存在によって安定するとともにバイポーラトランジスタによって自然に増幅される。そのバイポーラトランジスタの動作状態もベースに接続された抵抗の存在によって容易に安定する。
したがって、この発明によれば、バイポーラトランジスタのベースに接続された抵抗の漏れ電流に基づいて過熱検出を行う半導体集積回路装置を実現することができる。
【００１０】
［第２の解決手段］
第２の解決手段の半導体集積回路装置は、出願当初の請求項２に記載の如く、上記の第１の解決手段の半導体集積回路装置であって、前記の過熱保護対象の素子または回路に対して前記抵抗は近くに設けられ前記定電圧発生回路は遠くに設けられている、というものである。
【００１１】
このような第２の解決手段の半導体集積回路装置にあっては、ベースに接続された抵抗の漏れ電流に過熱保護対象の温度が的確に反映されるとともに、漏れ電流の安定に寄与する所定電圧は温度変化による不所望な影響が少なくて済む。
これにより、より的確に過熱検出が行われることとなる。
したがって、この発明によれば、バイポーラトランジスタのベースに接続された抵抗の漏れ電流に基づいて過熱検出をより的確に行う半導体集積回路装置を実現することができる。
【００１２】
【発明の実施の形態】
このような解決手段で達成された本発明の半導体集積回路装置について、これを実施するための具体的な形態を、図面を引用して説明する。図１は、その要部構造を示し、（ａ）が過熱検出回路の回路図、（ｂ）がベースに接続された抵抗の形成領域の縦断面模式図である。また、図２は、装置全体の構造を示す回路図である。なお、それらの図示に際して、従来と同様の構成要素には、同一の符号を付して示した。
【００１３】
この半導体集積回路装置は（図２参照）、ワンチップの基板１０に、過熱検出回路（２〜６）と、過熱保護対象の出力段トランジスタ９と、過熱検出結果等に応じて出力段トランジスタ９を制御する制御回路８とが形成されたものである。出力段トランジスタ９及び制御回路８が２組設けられているので、過熱検出信号を総ての制御回路８に伝達する検出信号分配回路７も設けられている。
【００１４】
過熱検出回路（２〜６）は（図１（ａ）参照）、漏れ電流を利用した過熱検出部として、ベースに抵抗２（バイポーラトランジスタのベースに接続された抵抗）の付いたＮＰＮトランジスタ３（バイポーラトランジスタ）を具えている。これを設計等の楽な例えばエミッタ接地で用いるために、バイポーラトランジスタ３は、ベース３ａが抵抗２を介して接地ラインＧＮＤに接続され、エミッタが接地ラインＧＮＤに接続され、コレクタがプルアップ抵抗４（コレクタ抵抗）を介して電源ラインＶｃｃに接続されている。また、過熱検出回路（２〜６）には（図１（ａ），図２参照）、検出信号の出力を行うために、コレクタ電流を電圧に変換する上述のプルアップ抵抗４に加えて、その電圧に応じてオンオフするＭＯＳトランジスタ等からなるバッファー５も設けられている。
【００１５】
過熱検出回路における抵抗２は（図１（ｂ）参照）、基板１０がｐ型サブストレートの場合、先ずｎ型ウェル領域２ａを形成しておき、その中に適宜な濃度のｐ型半導体からなる適宜な長さ及び幅のパターン等にて形成されて、所望の抵抗値や温度特性を示すものとなっている。ウェル領域２ａは、抵抗２を他の素子や回路から絶縁分離するとともに漏れ電流の供給を安定した状態で行うために、新たに設けられた定電圧発生回路６に接続されて、ベース３ａの採りうる電圧より高い一定電圧（所定電圧）が印加されるようになっている。その定電圧発生回路６とウェル領域２ａとの接続は、成る可く多くの漏れ電流がバイポーラトランジスタ３の方へ流れるように、接地ラインＧＮＤと抵抗２との接続点よりもベース３ａと抵抗２との接続点に近いところで、なされている。なお、定電圧発生回路６には、精度の良いバンドギャップ電圧源を採用したもの等が適しているが、他の方式のものでも良い。
【００１６】
出力段トランジスタ９及び制御回路８は（図２参照）、例えば外部に接続された負荷に所定電圧の電力を供給する電源回路であり、その場合、出力段トランジスタ９には例えばＭＯＳトランジスタからなるパワー素子が採用され、制御回路８は、図示した外部入力や図示しないフィードバック信号などに応じて、出力段トランジスタ９をオンオフ制御したりアナログ的に制御したりするが、バッファー５から送出された有意の過熱検出信号を検出信号分配回路７経由で受けると、出力段トランジスタ９の出力動作を停止させるようになっている。
【００１７】
その検出信号分配回路７は、バッファー５の出力と制御回路８の入力とを整合させつつバッファー５の出力を全制御回路８に伝達するものであれば、図示のようなＭＯＳトランジスタからなる回路であっても、バイポーラトランジスタやその他の素子等からなるものであっても良い。
さらに、半導体集積回路装置のレイアウトに関して、過熱検出回路（２〜６）のうち抵抗２及びバイポーラトランジスタ３は、検出対象である出力段トランジスタ９の近くに、なるべく両者の中間・中央に、置かれる。また、過熱検出回路（２〜６）のうち残りの定電圧発生回路６とプルアップ抵抗４とバッファー５は、出力段トランジスタ９の出す熱の影響を少なく抑えるために、そこから出来るだけ遠いところに置かれる。
【００１８】
このような構成の半導体集積回路装置について、その使用態様及び動作を、図面を引用して説明する。図３は、その検出動作の説明図であり、特に過熱検出回路の過熱検出部における漏れ電流とそれを増幅したコレクタ電流を示している（二点鎖線を参照）。
【００１９】
通常の動作状態では、抵抗２に流れる電流は順方向電流も漏れ電流も僅かなものであり、バイポーラトランジスタ３はオフしている。そのため、バッファー５及び検出信号分配回路７を介して制御回路８に伝達される検出信号は、有意にならない又は送出されない。そして、制御回路８が外部入力等に応じて出力段トランジスタ９の動作制御を行うので、出力段トランジスタ９はスイッチング等の動作を繰り返す。
【００２０】
それから、そのようなパワー出力動作に起因する発熱によって出力段トランジスタ９の温度が上昇し、それに伴って抵抗２のところの温度も上昇すると、定電圧発生回路６からウェル領域２ａ及び抵抗２を介して接地ラインＧＮＤとバイポーラトランジスタ３のベース３ａとに流れる漏れ電流が増加する（図３の二点鎖線を参照）。そのうちベース３ａに流れた漏れ電流は、バイポーラトランジスタ３の電流増幅率（ｈ_ｆｅ）で増量されて、バイポーラトランジスタ３のコレクタ電流に反映される。
【００２１】
抵抗２が半導体で出来ていてその漏れ電流は半導体素子の温度が動作限界に近づくと急増するので、やはり半導体で出来ている出力段トランジスタ９の温度が上限に近づくと、プルアップ抵抗４及びバッファー５によって有意の検出信号が送出され、それに応じて制御回路８が出力段トランジスタ９の動作を強制的に停止させる。
【００２２】
こうして、出力段トランジスタ９が過熱状態になりかけると、そのことが過熱検出回路（２〜６）によって検出されるとともに、その検出に基づいて出力段トランジスタ９の動作が停止させられる。その強制停止は出力段トランジスタ９の温度が下がるまで続き、温度が下がると、過熱検出回路（２〜６）からの有意の過熱検出信号の送出が止み、出力段トランジスタ９の動作が再開される。
【００２３】
また、この過熱検出回路（２〜６）にあっては、過熱状態の的確な未然検出に加えて、過熱に至らない通常動作時にも、バイポーラトランジスタ３のベース３ａが抵抗２を介して接地されていることから、バイポーラトランジスタ３の動作状態が安定するので、電源ラインＶｃｃの瞬時変動や、外部からの電磁ノイズの飛来などに起因した誤作動は、極めて起き難い。そのため、この半導体集積回路装置にあっては、不適切な検出信号の送出によって正常な動作が停止させられるといった不所望な事態に至ることは、ほとんど無い。
【００２４】
［その他］
なお、上記の例では、過熱保護対象の出力段トランジスタ９が２個であったが、過熱保護対象の素子または回路は、２個に限られる訳で無く、１個でも良く、３個以上でも良い。
また、過熱検出回路（２〜６）が複数設けられていても良い。
【００２５】
さらに、バイポーラトランジスタ３は、ＮＰＮトランジスタに限らず、ＰＮＰトランジスタでも良い。基板１０も、ｐ型サブストレートに限らず、ｎ型サブストレートであっても良く、その場合、先ずｐ型ウェル領域を形成しておいてからその中に適宜な濃度のｎ型半導体にて抵抗２を形成すると良い。バッファー５や，出力段トランジスタ９も、ＭＯＳトランジスタに限らず、バイポーラトランジスタや、他の種類の素子等からなるものであっても良い。また、単一の素子からなるものに限らず、複数の素子を含む回路であっても良い。
【００２６】
【発明の効果】
以上の説明から明らかなように、本発明の第１の解決手段の半導体集積回路装置にあっては、バイポーラトランジスタのベースに接続された抵抗のウェル領域のクランプ先を定電圧発生回路に変更したことにより、バイポーラトランジスタのベースに接続された抵抗の漏れ電流に基づいて過熱検出を行う半導体集積回路装置を実現することができたという有利な効果が有る。
【００２７】
また、本発明の第２の解決手段の半導体集積回路装置にあっては、過熱検出回路の配置にも工夫を凝らしたことにより、バイポーラトランジスタのベースに接続された抵抗の漏れ電流に基づいて過熱検出をより的確に行う半導体集積回路装置を実現することができたという有利な効果を奏する。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の半導体集積回路装置の一実施形態について、（ａ）が過熱検出回路の回路図であり、（ｂ）がバイポーラトランジスタのベースに接続された抵抗の形成領域の縦断面模式図である。
【図２】装置全体の回路図である。
【図３】検出動作の説明図である。
【図４】（ａ）〜（ｃ）が何れも従来の過熱検出回路の回路図である。
【符号の説明】
１定電流回路
２抵抗（過熱検出部）
２ａウェル領域（抵抗形成領域、素子分離領域）
３バイポーラトランジスタ（過熱検出部）
３ａベース
４プルアップ抵抗（検出信号送出部）
５バッファー（検出信号送出部）
６定電圧発生回路（過熱検出補助部）
７検出信号分配回路（検出信号伝達部）
８制御回路（動作停止再開手段）
９出力段トランジスタ（パワー素子、過熱保護対象の素子または回路）
１０基板（ＩＣチップ）

Claims

過熱検出回路が過熱保護対象の素子または回路と同一基板に形成されている半導体集積回路装置において、前記過熱検出回路が、バイポーラトランジスタと、前記バイポーラトランジスタのベースに接続された抵抗と、前記抵抗の形成されたウェル領域に所定電圧を印加する定電圧発生回路とを備えたものであり、前記の過熱保護対象の素子または回路の温度の昇降に伴って前記抵抗の温度が昇降するようになっており、前記定電圧発生回路から前記ウェル領域および前記抵抗を介して前記バイポーラトランジスタのベースに流れる漏れ電流が前記抵抗の温度の昇降に応じて増減するようになっており、前記バイポーラトランジスタが前記漏れ電流を増幅して前記漏れ電流の増減に応じてオンオフすることにより前記の過熱保護対象の素子または回路に係る過熱の有無を示すようになっていることを特徴とする半導体集積回路装置。
前記の過熱保護対象の素子または回路に対して前記抵抗は近くに設けられ前記定電圧発生回路は遠くに設けられていることを特徴とする請求項１記載の半導体集積回路装置。