JP7023205B2 - 半導体装置 - Google Patents
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Description
本実施の形態では、ヒューズ機能を備えた半導体装置について説明する。半導体装置の出力トランジスタの故障が検知されると、出力トランジスタと接続されたすべてのボンディングワイヤが溶断される。
図1は、本発明の実施の形態1に係る電力制御装置を備えた半導体装置の構成例を示す図である。図1に示すように、半導体装置1は、マイコン3及び電力制御装置10を備えている。
ここで、半導体装置のパッケージについて説明する。図6は、本発明の実施の形態1に係る半導体装置のパッケージの一例を示す図である。本実施の形態に係る電力制御装置10は、例えば、8ピンのSOP(Small Outline Package)パッケージとして実現されるが、このパッケージに限定されるものではない。
次に、出力トランジスタの断面構造について説明する。図7は、図6に示す出力トランジスタの部分断面図である。図7には、出力トランジスタA1,B1,A2を含む断面図が示されている。なお、図7の出力トランジスタは、MOSFETである。出力トランジスタ付近の半導体基板は、ドレイン領域DA、ベース領域BA、複数のゲート電極GE、複数のバックゲートコンタクト領域BG、複数のソース領域SA等を備えている。
故障検知時における動作を説明する前に、正常時における動作を説明する。図8は、正常時の動作を説明するタイミングチャートである。図8には、入力信号、出力信号(出力端子13)、異常信号、溶断信号、溶断検知信号の各電圧、及び出力電流がそれぞれ示されている。
溶断信号出力回路23は、ワイヤ溶断処理ごとに出力される溶断検知信号FD1~FDnに基づいて、ワイヤ溶断処理を再度行うかどうかを判定してもよい。例えば、ユニットCn以外の出力トランジスタが故障しているとした場合、故障した出力トランジスタと接続されたボンディングワイヤが溶断されると、ハイレベルの溶断検知信号が出力される。そうすると、これ以降のワイヤ溶断処理では、個別のボンディングワイヤについて、溶断されたかどうかを判定することが可能となる。したがって、最初のハイレベルの溶断検知信号が出力された後に行われるワイヤ溶断処理において、ボンディングワイヤの溶断が検知されない場合があれば、溶断されていないボンディングワイヤが残っていると判断され、溶断信号出力回路23は、2回目以降のワイヤ溶断処理を行う。これにより、正常な出力トランジスタと接続されたボンディングワイヤも確実に溶断することが可能となる。
本実施の形態によれば、出力トランジスタの故障が検知されると、ユニットごとに出力トランジスタを駆動させ、ボンディングワイヤに故障非検知時よりも大きな電流が流れる。この構成によれば、故障した出力トランジスタと接続されたボンディングワイヤを溶断することができるので、故障した出力トランジスタの電流経路を確実に切り離すことが可能となる。また、これにより、半導体装置の焼損を防ぐことが可能となる。
次に、実施の形態2について説明する。実施の形態1では、半導体装置がオフ状態の場合に出力トランジスタの故障が検知されるが、半導体装置がオン状態では、出力トランジスタの故障は検知されない。そこで、本実施の形態では、半導体装置がオン状態においても故障を検知することが可能な半導体装置について説明する。
図12は、本発明の実施の形態2に係る電力制御装置の構成の一例を示す回路図である。なお、図12には、マイコン103も併せて示されている。図12に示すように、電力制御装置110は、電力出力ユニット110A、及び制御ユニット110Bを備えている。電力出力ユニット110Aは、電源端子11、出力端子13、出力トランジスタA1~Am,B1~Bm,A1’~Am’,B1’~Bm’を備えている。
図12に示すように、故障検知回路121-1~121-mの入力側は、マイコン103、及び対応する出力トランジスタA1,B1,A1’,B1’~Am,Bm,Am’,Bm’のソース端子とそれぞれ接続されている。また、故障検知回路121-1~121-mの出力側は、溶断信号出力回路23、異常信号出力回路25とそれぞれ接続されている。
<<通常時の動作>>
次に、本実施の形態における故障検知動作について説明する。図14は、オン状態における故障検知動作の説明図である。なお、以下でも、故障検知回路121-1を例として、故障検知動作を説明する。入力信号がハイレベルのとき、電力制御装置110(出力トランジスタ)はオン状態となる。このとき、スイッチ131,133は、出力端子131a,133aと第1入力端子131b,133bとをそれぞれ接続する。また、これと同様に、スイッチ131’,133’は、出力端子131’a,133’aと第1入力端子131’b,133’bとをそれぞれ接続する。
<<<ユニットC1の出力トランジスタが故障した場合>>>
次に、ユニットC1の出力トランジスタに故障が発生した場合について説明する。故障発生により、例えば、ユニットC1のソース電圧が低下した場合、出力電圧モニタリング部122では、スイッチ133の第1入力端子133bの電圧が低下する。これに対し、スイッチ131の第1入力端子131bの電圧は、通常時とほぼ同じである。したがって、コンパレータ135において、負側端子のほうが正側端子よりも高電圧であるので、コンパレータ135はローレベルの信号を出力する。
次に、ユニットC1’の出力トランジスタが故障した場合について説明する。故障発生により、ユニットC1’のソース電圧が低下した場合、出力電圧モニタリング部122では、スイッチ131の第1入力端子131bの電圧が低下する。これに対し、スイッチ133の第1入力端子133bの電圧は、通常時とほぼ同じである。したがって、コンパレータ135において、正側端子のほうが負側端子よりも高電圧になると、コンパレータ135はハイレベルの信号を出力する。
<<通常時の動作>>
図15は、オフ状態における故障検知動作の説明図である。入力信号がローレベルのとき、電力制御装置110(出力トランジスタ)はオフ状態となる。このとき、スイッチ131,133は、出力端子131a,133aと第2入力端子131c,133cとをそれぞれ接続する。また、これと同様に、スイッチ131’,133’は、出力端子131’a,133’aと第2入力端子131’c,133’cとをそれぞれ接続する。
<<<ユニットC1の出力トランジスタが故障した場合>>>
次に、オフ状態において、ユニットC1の出力トランジスタに故障が発生した場合について説明する。故障発生により、ユニットC1のソース電圧が上昇した場合、出力電圧モニタリング部122では、スイッチ133の第2入力端子133cの電圧が上昇する。これに対し、スイッチ131の第2入力端子131cの電圧は、通常時とほぼ同じである。したがって、コンパレータ135において、正側端子のほうが負側端子よりも高電圧になると、コンパレータ135はハイレベルの信号を出力する。
次に、ユニットC1’の出力トランジスタが故障した場合について説明する。故障発生により、ユニットC1’のソース電圧が上昇した場合、出力電圧モニタリング部122では、スイッチ131の第2入力端子131cの電圧が上昇する。これに対し、スイッチ133の第2入力端子133cの電圧は、通常時とほぼ同じである。したがって、コンパレータ135において、負側端子のほうが正側端子よりも高電圧となるので、コンパレータ135はローレベルの信号を出力する。
故障検知回路121-1~121-nからいずれかの故障検知信号が出力されると、溶断信号出力回路23は、ワイヤ溶断処理を行う。このワイヤ溶断処理は、実施の形態1と基本的には同様である。具体的には溶断信号出力回路23は、例えば、ゲート駆動回路15-1、15-2、…、15-mの順番で、溶断信号を順次出力する。
本実施の形態によれば、故障検知回路121(121-1~121-m)は、一対のユニットのソース電圧を比較することにより、電力制御装置110(出力トランジスタ)の故障を検出する。この構成によれば、出力トランジスタがオン状態の場合にも、出力トランジスタの故障を検知することが可能となる。
次に、実施の形態3について説明する。本実施の形態では、故障した出力トランジスタを含む一対のユニットのみに対してワイヤ溶断処理を行う半導体装置について説明する。
図17は、本発明の実施の形態3に係る電力制御装置の構成の一例を示す回路図である。この電力制御装置210は、例えば、図11の半導体装置101に搭載される。図17に示すように、電力制御装置210は、電力出力ユニット110A、及び制御ユニット210Bを備えている。
故障検知動作については、実施の形態と同様であるので、その説明は省略する。いずれかの故障検知回路(例えば、121-2とする)から故障検知信号KD2が出力されると、対応する溶断信号出力回路23-2は、対応するゲート駆動回路15-2に対し溶断信号F2を出力する。なお、このとき、すべてのゲート駆動回路15-1~15-mは、異常信号や故障検知信号KD2に基づいて入力信号を無視している状態である。
本実施の形態によれば、故障が検知された一対のユニットの出力トランジスタのみに対してワイヤ溶断処理が行われる。この構成によれば、故障が検知された一対のユニットのみを切り離し、残りの正常なユニットにより、負荷の動作を継続させることが可能となる。
次に、実施の形態4について説明する。本実施の形態では、PWM(Pulse Width Modulation)制御によりワイヤ溶断処理を行う半導体装置について説明する。
15-1~15-n,15-m…ゲート駆動回路(出力トランジスタ駆動回路)、
21,21-1~21-m…故障検知回路、23、23-1~23-m…溶断信号出力回路、25…異常信号出力回路、27…ワイヤ溶断検知回路、
A1~An,Am,A1’~Am’、B1~Bn,Bm,B1’~Bm’…出力トランジスタ、
BW1~BWn,BW1’~BWn’,BWm、BWm’…ボンディングワイヤ、
C1~Cn,Cm,C1’~Cm’…ユニット
Claims (11)
- 出力トランジスタと、
出力端子と、
前記出力トランジスタと前記出力端子とを接続するボンディングワイヤと、
前記出力トランジスタの出力を制御する出力トランジスタ駆動回路と、
前記出力トランジスタの故障を検知する故障検知回路と、
前記ボンディングワイヤと、対応する前記出力トランジスタとからなる複数のユニットと、
それぞれの前記ユニットに対応する複数の前記出力トランジスタ駆動回路と、
溶断信号出力回路と、
を備え、
前記故障検知回路が、前記出力トランジスタの故障を検知して故障検知信号を出力すると、
前記出力トランジスタ駆動回路は、前記ボンディングワイヤに故障非検知時よりも大きな電流を流すように、前記出力トランジスタの出力を制御し、
前記溶断信号出力回路は、1の前記ユニットの前記出力トランジスタのみをオンさせる溶断信号を対応する前記出力トランジスタ駆動回路に出力するワイヤ溶断処理を、すべての前記出力トランジスタ駆動回路に対して順次行う、
半導体装置。 - 請求項1に記載の半導体装置において、
前記出力端子と接続され、前記ボンディングワイヤの溶断を検知するワイヤ溶断検知回路を備え、
前記ワイヤ溶断検知回路が、最後の前記ユニットにおける前記ワイヤ溶断処理の終了後、前記ボンディングワイヤの溶断を検知できなかった場合、
前記溶断信号出力回路は、前回の前記ワイヤ溶断処理よりも前記出力トランジスタのオン時間を長く設定し、
前記出力トランジスタ駆動回路は、長く設定された前記オン時間に基づいて前記ワイヤ溶断処理を再度行う、
半導体装置。 - 請求項1に記載の半導体装置において、
前記ユニットは、複数の前記出力トランジスタを備え、
前記複数の出力トランジスタが、並列に接続されている、
半導体装置。 - 請求項1に記載の半導体装置において、
それぞれの前記出力トランジスタ駆動回路は、故障検知信号が出力されると、前記溶断信号に基づいて、対応する前記ユニットの前記出力トランジスタを制御する、
半導体装置。 - 請求項1に記載の半導体装置において、
前記故障検知信号に基づいて異常信号を出力する異常信号出力回路を備え、
それぞれの前記出力トランジスタ駆動回路は、前記異常信号が出力されると、前記溶断信号に基づいて、対応する前記ユニットの前記出力トランジスタを制御する、
半導体装置。 - 請求項1に記載の半導体装置において、
一対の前記ユニットごとに前記出力トランジスタ駆動回路及び前記故障検知回路を備え、
それぞれの前記故障検知回路は、対応する前記一対のユニットに含まれるそれぞれの前記出力トランジスタのソース電圧を比較することにより、前記出力トランジスタの故障を検知する、
半導体装置。 - 請求項6に記載の半導体装置において、
それぞれの前記故障検知回路は、
前記出力トランジスタがオンであるときのそれぞれの前記ユニットの前記ソース電圧をモニタリングするオン時出力電圧モニタ部と、前記出力トランジスタがオフであるときのそれぞれの前記ユニットの前記ソース電圧をモニタリングするオフ時出力電圧モニタ部と、を備え、
前記出力トランジスタのオン・オフに応じて前記オン時出力電圧モニタ部又はオフ時出力電圧モニタ部を切り換えて、前記出力トランジスタの故障を検知する、
半導体装置。 - 請求項6に記載の半導体装置において、
それぞれの前記故障検知回路に対応する前記溶断信号出力回路を備え、
前記故障検知回路が、前記出力トランジスタの故障を検知すると、
対応する前記溶断信号出力回路は、対応する前記一対のユニットに含まれる前記出力トランジスタのみをオンさせる前記溶断信号を、対応する前記出力トランジスタ駆動回路に出力する、
半導体装置。 - 請求項1に記載の半導体装置において、
1の前記ボンディングワイヤと、対応する前記出力トランジスタとからなる1のユニットを備え、
前記故障検知回路が、前記故障検知信号を出力すると、
前記出力トランジスタ駆動回路は、PWM(Pulse Width Modulation)制御により、前記1のユニットの前記出力トランジスタを駆動させる入力信号のデューティを向上させるワイヤ溶断処理を行う、
半導体装置。 - 請求項9に記載の半導体装置において、
前記出力トランジスタ駆動回路は、前記入力信号のデューティを100%に設定して前記ワイヤ溶断処理を行う、
半導体装置。 - 請求項9に記載の半導体装置において、
前記1のユニットは、複数の前記出力トランジスタを備え、
前記複数の出力トランジスタが、並列に接続されている、
半導体装置。
Priority Applications (3)
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