JPH01290249A - 半導体集積回路装置の熱的保護回路 - Google Patents

半導体集積回路装置の熱的保護回路

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JPH01290249A
JPH01290249A JP12110088A JP12110088A JPH01290249A JP H01290249 A JPH01290249 A JP H01290249A JP 12110088 A JP12110088 A JP 12110088A JP 12110088 A JP12110088 A JP 12110088A JP H01290249 A JPH01290249 A JP H01290249A
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JP
Japan
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temperature
integrated circuit
transistor
circuit
heat generating
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JP12110088A
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English (en)
Inventor
Takao Tosaka
登坂 高夫
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Mitsubishi Electric Corp
Original Assignee
Mitsubishi Electric Corp
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Publication date
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Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 この発明は半導体集積回路装置の熱的保護回路に関し、
特に集積回路のパッケージの放熱能力に比較して大きな
電力を取り扱う可能性のある半導体集積回路装置の熱的
な保護回路に関するものである。
〔従来の技術〕
第10図は従来の半導体集積回路の熱的保護回路のチッ
プパターンを示す図であり、図において、1は集積回路
チップ、2は出力回路等の主要発熱部、3は制御回路部
等の微小発熱部、4は温度検出素子Aである。
従来では集積回路の熱的な保護を行う場合は、第10図
に示すように主要発熱部2の発熱中心付近に、絶対温度
によって動作する温度検出素子A4を設け、温度検出素
子A4のある場所の温度T4Aが設定温度よりも上昇し
た時に熱的保護回路が動作するようにしていた。
次に熱的保護回路についての説明を行う。
熱的保護回路は例えば、第3図に示すような構成により
集積回路のチップ1上に収容されている。
第3図において、6は出力駆動部等の主要発熱部、7は
温度検出回路または温度差検出回路、8は入力端子、9
は出力端子、10は入カバソファ、11はANDゲート
である。
入力端子8からの制御信号はANDゲート11を介して
出力駆動部6に伝えられ、出力端子9における出力電流
を制御する0通常の定格消費電力内で使用されている場
合は温度検出回路7からANDゲート11に接続される
信号は入力端子8からの制御信号をそのまま通過させる
極性で与えられているが、出力端子9に過負荷が接続さ
れたような場合は出力駆動回路部6で過大な電力が消費
されるため、集積回路のパッケージから外部への放熱が
追いつかずに集積回路のチップ1の温度がどんどん上昇
していく。この時、第10図に示すような主要発熱部2
に置かれた温度検出素子A4により第11図に示すよう
に検出素子温度TjAがあらかじめ設定されている温度
以上になると、出力電流を遮断または減少せしめること
により熱的保護動作を行うものである。
また、第4図は熱的保護回路の他の例を示す回路図であ
り、図において、12はスイッチ、13は電源端子、1
4は接地端子である。第3図では熱的保護回路によって
入力制御信号を操作する例を示したが、第4図のような
熱的保護回路によって出力駆動回路部6の電源の遮断等
の操作を行い熱的保護動作を行っても良い。
〔発明が解決しようとする課題〕
従来の半導体集積回路装置の熱的保護回路は以上のよう
に構成されており、集積回路チップ上のある一点におけ
る温度のみを管理していたため、熱的保護回路の動作温
度を高温側の限界値付近の温度(たとえばTj=170
℃)に設けておき、実際に過負荷等の要因によって集積
回路のチップ温度が危険な高温にさらされてから、はじ
めて熱的保護回路の動作をさせることになるので信頼性
上好ましくないという問題点があった。
この発明は上記のような問題点を解消するためになされ
たもので、主要発熱部が非常な高温にさらされる前に保
護動作を行うことができる半導体集積回路装置の熱的保
護回路を提供することを目的とする。
〔課題を解決するための手段〕
この発明による半導体集積回路装置の熱的保護回路は、
集積回路の主要発熱部と発熱の少ない部分のそれぞれに
温度検出用の素子を置いて温度差検出回路を構成し、温
度差検出回路の出力により主要発熱部を制御して熱的保
護を行うようにしたものである。
〔作用〕
この発明による半導体集積回路装置の熱的保護回路は、
上記のように構成された温度差検出回路を用いてチップ
上の主要発熱部と微小発熱部との2点間の温度差を検出
することにより、主要発熱部において発生する電力消費
量を推定し、温度差と消費電力の関係を利用して過負荷
時等の過大電力消費の継続を防止するものである。
〔実施例〕
以下、本発明の一実施例を図について説明する。
第1図は本発明の一実施例による半導体集積回路装置の
熱的保護回路のチップパターンを示す図であり、図にお
いて、1は集積回路チップ、2は出力回路等の主要発熱
部、3は制御回路部等の微小発熱部、4は集積回路チッ
プ1中の出力回路等の主要発熱部2のブロック内に置か
れた温度検出素子A、5は同様に集積回路チップ1中の
制御回路部等の微小発熱部3のブロック内に、発熱ブロ
ック2からなるべく遠くに配置された温度検出素子Bで
ある。
また、第5図は本発明の半導体集積回路装置の熱的保護
回路の具体的な回路例を示す図、第6図は第5図の回路
の動作説明をするための概念図である。図において、1
7は発熱ブロック2中に置かれるべき温度検出用のNP
N )ランジスタで温度検出素子A4に対応するもので
あり、16は微小発熱ブロック3中に置かれるべき温度
検出用のNPN )ランジスタで温度検出素子B5に対
応するものである。15はNPN)ランジスタ16゜1
7のベース電流供給用の電流源であり、22はエミッタ
電流供給用の電流源である。21は設定温度差に相当す
る電圧オフセットを与える等価的電圧源であり、18,
19.20は検出出力を取り出すための変換回路である
検出出力用PNP トランジスタである。
次に動作について説明する。
電圧源21がOvのときは一例としてトランジスタ16
.17を同一形状で同一特性を存するトランジスタを使
用したとすると、ベースとエミッタ間に同じ電圧が印加
されているので、それぞれのコレクタ電流は等しく流れ
る。ところが電圧源21に4QmVという電圧が発生し
ているとすると、トランジスタ16とトランジスタ17
のコクタ電流の比は、 但し、q;電子電荷量 に;ボルツマン定数 T;絶対温度 というようにトランジスタ16例の電流値が大きくなる
。PNPトランジスタ18.19はカレントミラー回路
形式の能動負荷を形成しており、Ic (16)>rc
 (17)の時にはPNPトランジスタ20のベース電
流は流れない。従って、この時PNP )ランジスタ2
0のコレクタ電流である■θ も流れない。
ところが出力部に発熱があり、トランジスタ17がトラ
ンジスタ16に比べて高い温度にさらされると同一コレ
クタ電流を流すのに必要とされるベース−エミッタ間の
バイアス電圧は約−2mV/℃の温度特性をもって減少
していくため、トランジスタ17の温度がトランジスタ
16の温度と比べて20℃高温になるとトランジスタ1
7とトランジスタ16のコレクタ電流は電圧源21によ
る4 0 m Vの電圧オフセットにもかかわらず等し
くなる。さらにトランジスタ17がトランジスタ16に
比べて高い温度になると逆にトランジスタ17のコレク
タ電流がトランジスタ16よりも大きくなるため、トラ
ンジスタ20のベース電流が流れ始める。従って、電圧
源21の電圧値40mVを与えるとトランジスタ17が
トランジスタ16に比べて約20℃以上高い温度となっ
たときに温度差検出電流■θが流れることになる(第6
図)。
以上のようにして温度差を検出する回路を構成すること
ができる。
次にチップ1上の温度差がパワー発生部の発生電力に依
存して与えられることを示すための図を第7図〜第9図
に示す。
第7図は集積回路の熱抵抗の説明図であ、す、集積回路
の構造断面図と、集積回路中で発生した熱がパッケージ
の外部に流出していく際のモデルを熱抵抗という概念で
表現したものとの関連を示したものである。図において
、25は集積回路のチップ、26はモールド樹脂、27
はフレームダイパッド、28はリードでA点が発熱源及
び高温側の温度検出素子A4を表し、B点は発熱が微小
なブロックにある温度検出素子B5を表している。
Taは周囲雰囲気温度を示し、R1−R9までの熱抵抗
は2点間にあると考えられる等価的な熱抵抗を示してい
る。
さらに第8図は第7図を単純化した説明図で、第7図で
いろいろな経路による熱抵抗が簡単な熱抵抗の等価回路
でも表現され得ることを示している。図中で、R6+A
−+a+  は集積回路チップ上の高温部と低温部間の
熱抵抗を表し、R8(a−p□、とRe(m−+m)は
それぞれA点と周囲雰囲気温度、B点と周囲雰囲気温度
との熱抵抗を表す。R9(A 、II) +Re (A
 −ap a) +及びR8(11−98)の具体的な
値は個々のICチップの大きさ、パフケージの材質、形
状。
及び放熱条件により異なるが、例えば、Re<A−)I
I+  =1℃/W Rθ(A−1m)  #Rθ(!I+11)′93A′
150℃/Wという値を取りえる。いずれにしても、R
e(A−+l+)  <Re<age>  #R6(1
+a)という関係が一般的には成立する。
よって、第7図のような一般的な集積回路の構造上、I
Cチップ上のレイアウト的な構造が、主要な発熱ブロッ
ク2と微小発熱のブロック3とに分けられるとき、ブロ
ック間の適当な点における温度差は、主要発熱ブロック
2における発熱f(=消費電力)に依存する関係として
第9図に示すように与えられる。従って、温度差を検出
することにより、消費電力をモニタすることができる。
そして、第2図に示すように主要発熱ブロック2と微小
発熱ブロック3との温度差(Tja  Tta)が設定
温度差よりも上昇した時に集積回路のチップ上に収容さ
れている第3図、あるいは第4図に示すような回路構成
の熱的保護回路が動作し、出力電流を減少または遮断せ
しめることにより、集積回路の熱的保護動作を行う。
このような上記実施例においては、以上のようにチップ
1内の主要発熱部2の消費電力を検出することが可能に
なり、主要発熱部2が高温にさらされる前に効率良く熱
的な保護動作を行うことができる。
〔発明の効果〕
以上のようにこの発明によれば、半導体集積回路装置中
のチップ内の主要発熱部と微小発熱部との温度差を検出
することにより主要発熱部の消費電力を推定するように
したので、過負荷等の異常な消費電力の発生を従来の方
式と比べて短時間のうちに検出することが可能となり、
熱的保護回路が集積回路を保護する機能を向上でき、半
導体集積回路の信頼性の向上に大幅に寄与することがで
きる効果がある。
【図面の簡単な説明】
第1図は本発明の一実施例による半導体集積回路装置の
熱的保護回路のチップパターンを示す図、第2図は本発
明の一実施例による半導体集積回路装置の熱的保護回路
の動作概念を示す図、第3図。 及び第4図は本発明と従来例に共通な一般的な熱的保護
回路を示すブロック図、第5図は本発明の一実施例によ
る半導体集積回路装置の熱的保護回路の具体的な回路を
示す図、第6図は第5図の回路の動作説明をするための
概念図、第7図は半導体集積回路の熱抵抗の説明図、第
8図は第7図を単純化した説明図、第9図は本発明の一
実施例の説明用としての半導体集積回路装置の消費電力
とチップ上の温度差との関係を示す概念図、第10図は
従来の半導体集積回路装置の熱的保護回路のチップパタ
ーンを示す図、第11図は従来の半導体集積回路装置の
熱的保護回路の動作概念を示す図である。 図において、1は集積回路チップ、2は出力回路等の主
要発熱部、3は制御回路部等の微小発熱部、4は温度検
出素子A、5は温度検出回路B、6は出力回路部等の主
要発熱部、7は温度検出回路または温度差検出回路、8
は入力端子、9は出力端子、10は入カバソファ、11
はANDゲート、12はスイッチ、13は電源端子、1
4は接地端子、15は電流源、16は低温側検出用NP
Nトランジスタ、17は高温側検出用NPN )ランジ
スタ、18,19.20は検出出力用PNPトランジス
タ、21は温度差設定用の等価的電圧源、22は電流源
、23は温度差検出回路の出力端子、24は電源、25
は集積回路のチップ、26はモールド樹脂、27はフレ
ームダイパッド、28はリードである。 なお図中同一符号は同−又は相当部分を示す。

Claims (1)

    【特許請求の範囲】
  1. (1)チップパターン上に集積回路の主要発熱部と微小
    発熱部とをそれぞれブロックとして備えた半導体集積回
    路装置の熱的な保護を行う回路において、 上記主要発熱部と微小発熱部の温度差を検出する温度差
    検出手段と、 該検出された温度差が、予め設定された温度差を越えな
    いように上記主要発熱部を制御する制御手段とを備えた
    ことを特徴とする半導体集積回路装置の熱的保護回路。
JP12110088A 1988-05-18 1988-05-18 半導体集積回路装置の熱的保護回路 Pending JPH01290249A (ja)

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