JPH04158532A - 過熱検出回路付パワー半導体装置の温度試験方法および装置 - Google Patents

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、パワー半導体装置と同一半導体基板上に形
成された過熱検出回路の動作温度試験、ことに半導体基
板を試験温度に内部加熱し、かつその試験温度を確認す
るための方法および温度紙Ｍ装置に関する。

〔従来の技術〕

パワーデバイスは高電圧、大を流の用途に使われるため
、例えば負荷の急増や短絡などにより定格電流を超える
大電流が流れると、発熱によってパワーデバイスが熱破
壊する危険性がある。したがって、パワーデバイスの温
度を常時監視して所定温度を超える温度異常すなわち過
熱を検出し、負荷回路を遮断するなどの保ｍｉｌ！作を
行い、パワーデバイスの熱破壊事故を未然に防止するこ
とが求められており、同一半導体基板上に過熱検出回路
を備えたパワーデバイス（パワーＩＣ）が本願出願人等
によって既に提案されている（特願平２−５３１６号公
報参照）。

第６図は上記従来技術における過熱検出回路の一例を示
す接続図であり、図示しないパワーＩＣと共通の半導体
基板上に形成されるものである。

図において、１は逆バイアス電圧■。が印加されるＰＮ
接合としてのダイオードであり、その逆漏れ電流ＩＬは
バイポーラトランジスタとしてのＮＰＮ）ランジスタ２
Ａ、２Ｂおよび２Ｃからなる３段増幅回路２によって増
幅され、ＮＰＮ　）ランジスタ２Ｃのエミッタ側に増幅
された逆漏れ電流■、として出力される。３はトランジ
スタ２Ｃのエミッタ側にドレーンが接続されたデブレ７
シシン型ＭＯ５ＦＥＴからなる定電流回路であり、その
静特性の定ｒｉ、流領域を利用して検出温度近傍のｔ流
■、をＭＯ３Ｆ、ＥＴ３の電位降下としての電圧信号■
。に変換する。また、この電圧信号はスレッシタルト電
圧■７エを有する大振幅の増幅回路からなるバッファ４
に人力され、電圧信号■、がスレッシッルド電圧■ア、
を超えたとき、パワーＩＣの温度が過熱温度領域に達し
たものと判断して２１化された信号■。ｕ７を出力する
よう構成され、定電流回路３と併せて判断回路５が形成
され、信号■。。、をトリガー信号として負荷回路を遮
断することにより、パワーＩＣ（パワー半導体装Ｗ）を
過熱による熱破壊から保護することが可能になる。

上述の過電流保護回路は、微弱ながら大きな温度依存性
を有するＰＮ接合の逆漏れ電流を、ＮＰＮトランジスタ
の増幅率の温度依存性を利用して過熱検出温度領域（過
熱検出回路の動作温度領域）のみを大きな電圧変化に変
換し、この電圧をしきい値を有するバッファにより符号
化した検出（制御）信号に変換して出力するものであり
、過熱温度を精度良く検知できるものであり、その動作
温度はＰＮ接合の接合面積の決め方、増幅回路２の増幅
率の決め方、ＭＯ５ＦＥＴ３の飽和電流値の選び方など
によってあらかじめ任意に設定できるものであるが、こ
れらの調整が設定どうりに成されたか否かを、個々の製
品について確認する動作試験を必要とする。

過熱検出回路の動作試験は、従来半導体基板を加熱治具
を用いて過熱検出回路の動作温度に均等に外部加熱し、
この状態でＰＮ接合に逆バイアス電圧を印加して検出信
号Ｖ。ｏ７を検出することによって行う方法と、パワー
半導体回路に過負荷電流を流して内部発熱させ、動作試
験を行う方法とが知られている。

〔発明が解決しようとする課題〕

外部加熱する方法では、半導体基板の温度を過熱検出回
路が動作する許容温度範囲に均一に加熱するのに長時間
を要し、かつその温度の精度の高い測定が容易でないた
めに、これらが原因で動作試験の作業能率が低下すると
ともに、信穀性の高い試験結果を得難いという問題があ
る。また、過負荷試験方法では、精度の高い温度測定が
さらに困難になるとともに、過電流保護回路を有する大
電流半導体装置では、過電流を検知して過電流保護回路
が動作してしまうために、所望の過熱温度に半導体基板
を加熱するのにやはり長時間を要するという問題がある
。

この発明の目的は、半導体基板を所望の試験温度に短時
間で加熱でき、かつその温度を精度よく検知できる過熱
検出回路の動作試験方法および装置を得ることにある。

〔課題を解決するための手段〕

上記課題を解決するために、この発明によれば、パワー
半導体装置と同一の半導体基板上に形成されて前記パワ
ー半導体装置の過熱を、逆バイアスされた接合と、その
逆漏れ電流の温度依存性とを利用して検出する過熱検出
回路を有するものにおいて、前記パワー半導体装置が有
する寄生ダイオードの順方向に大電流を短時間流し、前
記基板の温度を前記過熱検出回路の動作開始温度以上に
加熱することとする。また、前記パワー半導体装置が有
する寄生ダイオードの順方向に小電流を短時間流して前
記寄生ダイオードの順方向の電位降下を検出し、次いで
前記寄生ダイオードの順方向に大電流を短時間流して前
記基板の温度を前記過熱検出回路の動作開始温度以上に
過熱し、その後前記寄生ダイオードの順方向に小電流を
短時間流して前記寄生ダイオードの順方向の電位降下を
再び検出し、得られた二つの検出値の差および寄生ダイ
オードの温度依存性に基づいて前記基板の温度上昇値を
求め、しかる後前記接合に逆バイアス電圧を印加して前
記過熱検出＠路の動作試験を行い、この動作試験終了後
前記寄生ダイオードに小電流を流して動作温度の確認を
行うこととする。さらに、上記各温度試験方法に使用す
る温度試験装置において、パワー半導体装置がパワーＭ
ＯＳＦＥＴを備え、このパワーＭＯＳＦＥＴのソース、
ドレーン間に形成される寄生ダイオードを半導体基板の
内部加熱と、電位降下の検出とに兼用してなるものとす
る。

〔作用〕

この発明の構成において、パワーＭＯＳＦＥＴ界 （エンハンスメント形ＭＯ３［７％ｌ効果トランジスタ
）が持つ寄生ダイオード（内部逆ダイトートとも呼ぶ）
に、半導体基板を過熱するための大電流を短時間流し、
基板温度を過熱検出Ｎ路が検出信号■。ｕｌの出力を開
始する動作開始温度以上に加熱するよう構成したことに
より、パワーＭＯＳＦＥＴと過熱検出回路とを存する半
導体基板の温度を内部発熱により短時間で昇温させるこ
とが可能になる。

また、半導体基板温度の検出を、寄生ダイオードに一定
の小電流を短時間流してその電位降下を検出することに
よって行うよう構成したことにより、寄生ダイオードの
電位降下が温度上昇に直線的に逆比例して減少する特性
を利用し、半導体基板の温度を精度よく検知することが
できるので、内部加熱操作の前後に検出した電位降下値
の差から容易に温度上昇値が求まるとともに、過熱検出
回路の動作試験後再び電位降下を測定すれば、動作試験
時の温度が許容温度範囲に在るか否かを精度よ（推定す
ることができる。

さらに、パワー半導体装置がパワーＭＯＳＦＥＴである
か、あるいはパワーＭＯＳ　Ｆ　ＥＴを含む装置である
場合、その寄生ダイオードを半導体基板の加熱および電
位降下の検出に兼用するよう構成すれば、過熱検出回路
と同一の半導体基板上に新たにパワーＭＯＳ　Ｆ　ＥＴ
を設けることなく、過熱検出回路の動作温度試験を簡単
に行える試験装置が得られる。

〔実施例〕

以下、この発明を実施例に基づいて説明する。

第１図はこの発明の実施例になる過熱検出回路の動作試
験方法を説明するための寄生ダイオードの構造図であり
、第６図に基づいてすでに説明した過熱検出回路１０と
共通の半導体基板９に形成された縦型のパワーＭＯ５Ｆ
ＥＴ２０は、半導体基板の表面に酸化膜１２を介して形
成されたゲートＧの直下間に延びる２層があり、この２
層がソースＳに結合しているために、ソースＳ、ドレー
ンＤ間にＰＮ接合からなる寄生ダイオード１１（内部逆
ダイオードとも呼ぶ）が形成され、ソース、ドレーン間
に正の電圧を印加することにより寄生ダイオード１１に
流れる電流の発熱作用を利用して半導体基板９（チップ
）を所望の試験温度（過熱検出回路１０の動作開始温度
以上）に加熱することができる。

第２図はパワーＭＯＳ　Ｆ　ＥＴの寄生ダイオードの電
位降下の温度依存性を示す特性線図であり、畜生ダイオ
ード１１の順方向に小電流１ｒ＝１０、＾を流した際ソ
ースＳ、ドレーンも間に生ずる電位降下■、を半導体基
板９の温度ＴＪを横軸にとって示しており、温度の上昇
に逆比例して電位降下ｖｆが直線的に減少する特性を有
するので、この特性を温度ＴＪの推定に利用することが
できる。

第３図はパワーＭＯＳＦＥＴの寄生ダイオードの電位降
下■、と大電流１．の通流時間幅ｔ。との関係を示す特
性線図であり、電位降下をその変化分ΔＶ、で示すとと
もに、大電流■、を３ＯＡ。

および５０Ａとした場合を例に示しである。したがって
、寄生ダイオード１１に大電流■１をｔ１時間流し、半
導体基板温度を過熱検出回路１０の動作開始温度Ｔｊ以
上に内部加熱しようとする場合、第２図から所望のＴＪ
に対応する電位降下■「を選び、第３図からΔ■ｔに対
応する大電流Ｉ２およびＬｗを選ぶことにより、半導体
基板温度の内部加熱を極めて短時間に精度よく行うこと
ができる。

第４図はこの発明の異なる実施例になる過熱検出回路の
温度試験方法を示すタイムチャートである０図において
、大電流Ｉｒ　　（例えば５０Ａ）をり、時間寄生ダイ
オード１１に流して内部加熱を行うと、半導体基板（チ
ップ）温度が過熱検出回路１０が検出信号ＶＯＣアを出
力する動作開始温度Ｔ、を超え、その許容動作温度範囲
ΔＴ、の上限まで上昇し、この時電位降下を測定すれば
Ｖ、は温度の上昇に逆比例して低下する。この実施例で
は内部加熱操作の前後に小電流１ｒ１１ｒｚ（例えば１
０ｍＡ）を短時間寄生ダイオード１１に流して電位降下
Ｖｆ１．　　Ｖｔ２を測定し、二つの測定値の差Δｖｒ
＋から第２図、第３図の特性に基づいて温度上昇値を求
め、これに周囲温度を加えることにより、半導体基板９
の温度をｆ！認する。検知した温度が所望の温度範囲に
あることが確認されれば、その後の期間Ｕｔにおいて第
６図におけるＰＮ接合１に逆バイアス電圧を加え、検出
信号■。Ｕ？を検出する過熱検出回路の動作試験を行い
、過熱検出回路の良否を判定する。また、動作試験終了
後さらに小電流Ｉ０を寄生ダイオード１１に短時間流し
て電位降下ＶｌｆｆおよびΔｖｒｚを求めれば、動作試
験温度が許容温度範囲に有ったか否かを確認することが
できるので、内部加熱を短時間で効率よ（実施でき、か
つ半導体基板温度の確認を短時間で同時に実施できる過
熱検出回路付パワー半導体装置の動作温度試験方法が得
られる。

第５図はこの発明の他の実施例になる動作温度試験装置
の概略構成を示すブロック図である０図において、過熱
検出回路１０と同一の半導体基板９に搭載されたパワー
ＭＯＳＦＥＴ３０は、加熱保護の対象となるパワー半導
体装置そのもの、またはパワー半導体装置に含まれるパ
ワーＭＯ５ＦＥＴであり、その寄生ダイオードＩＩを利
用して動作温度の試験装置が構成される。パワーＭＯＳ
ＦＥＴ３０のゲー）ＧはソースＳに接続され、大電流源
３１または小電流源３２から切り換えスイッチ３３を介
して寄生ダイオード１１の順方向に電流■、または■、
が第４図のタイムチャートに基づいてそれぞれ短時間供
給される。寄生ダイオード１１の電位降下■、はソース
、ドレーン間に接続された電位降下検出部３４で検出さ
れ、検出温度演算部３５で温度信号Ｔ、に変換して出力
される。

このように構成された試験装置においては、保護対象で
あるパワーＭＯＳＦＥＴの寄生ダイオードＩＩを利用し
、通熱検出回路と同じチップ上に内部加熱源および温度
センサを有する過熱検出回路の動作試験装置が得られる
ので、外部回路としての電流源、検出部等をパワーＭＯ
ＳＦＥＴの７−ス、ドレーンに接触させるだけの簡単な
操作で、チップを加工せず、かつ短時間で精度よく、過
熱検出回路の動作試験を行える利点が得られる。

〔発明の効果〕

この発明は前述のように、パワー半導体ＭＷ。

通熱検出回路とともに同一半導体基板上に形成されたパ
ワーＭＯ５ＦＥＴの寄生ダイオードに大電流を短時間流
し、その内部発熱を利用して過熱検出回路の動作開始温
度以上に半導体基板温度を加熱するよう構成した。その
結果、従来の外部加熱方法、内部加熱方法に比べて短時
間、かつ簡単な捏作で半導体基板温度を動作試験温度に
昇温できる過熱検出回路付パワー半導体装置の温度試験
方法を提供することができる。

また、内部加熱の前後、およびその後に行う過熱検出回
路の動作試験前後に寄生ダイオードに小電流を短時間流
し、寄生ダイオードの電位降下を測定するよう構成した
。その結果、寄生ダイオードの電位降下の温度依存性を
温度センサに利用し、半導体基板温度を精度よく短時間
で検知して過熱検出回路の動作試験を効率よく行うこと
が可能になり、パワーＭＯＳＦＥＴを発熱源と温度セン
サに利用して過熱検出回路の動作試験を効率よく行える
温度試験方法を提供することができる。

さらに、保護対象であるパワー半導体装置が持つバ’７
−Ｍ０３ＦＥＴの寄生ダイオードを利用して動作試験装
置を構成すれば、チップを加工せずに、パワー半導体装
置、過熱検出回路と同じ半導体基板上に内部加熱源およ
び温度センサを有する過熱検出回路付パワー半導体装置
の温度試験装置を提供することができ、かつ試験操作を
一層簡単化できる利点が得られる。

【図面の簡単な説明】

第１図はこの発明の実施例になる過熱検出回路付パワー
半導体装置の温度試験方法を説明するための寄生ダイオ
ードの構造図、第２図は実施例における寄生ダイオード
の電位膝下の温度依存性を示す特性線図、第３図は寄生
ダイオードの電位降下と大電流通流時間との関係を示す
特性線図、第４図はこの発明の異なる実施例方法を示す
タイムチャート、第５図はこの発明の他の実施例になる
動作試験装置を示すブロック図、第６図は過熱検出回路
の一例を示す接続図である。 １・・ＰＮ接合、２・・３段増幅回路、３・・定電流回
路、４・・バンファ、５・・判断回路、９・・半導体基
板、ＩＯ・・過熱検出回路、１１・・寄生ダイオード、
２０．３０・・パワーＭＯＳＦＥＴ（パワー半導体装置
）、３１．３２・・電流源、３４・・電位降下検出部、
３５・・検出温度演算部、■、・・大電流、Ｉ、・・小
電流、■、・・電位降下、ＴＪ　・・半導体基板温度（
過熱検出回路の動作開始温度）、ΔＴＪ　・・許容温度
範囲、ｔｗ　　・・大電流通流時間幅。 代理人弁理士　山　口　　＆　　１．”、”２．、、：
。 濾 第１配 ＆友　７＃　（＠Ｃ） 第２ｍ ′ｊＬ″ｉｎ’ｔ？ＱＩｌ’ｌｌ　　ｆｕｒ　　（ｍｓ
）第３目 ｇＩｔ蘭Ｃｔ）→ 第５同

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １）パワー半導体装置と同一の半導体基板上に形成され
   て前記パワー半導体装置の過熱を、逆バイアスされた接
   合と、その逆漏れ電流の温度依存性とを利用して検出す
   る過熱検出回路を有するものにおいて、前記パワー半導
   体装置が有する寄生ダイオードの順方向に大電流を短時
   間流し、前記半導体基板の温度を前記過熱検出回路の動
   作開始温度以上に内部加熱することを特徴とする過熱検
   出回路付パワー半導体装置の温度試験方法。 ２）パワー半導体装置と同一の半導体基板上に形成され
   て前記パワー半導体装置の過熱を逆バイアスされた接合
   と、その逆漏れ電流の温度依存性とを利用して検出する
   過熱検出回路を有するものにおいて、前記パワー半導体
   装置が有する寄生ダイオードの順方向に小電流を短時間
   流して前記寄生ダイオードの順方向の電位降下を検出し
   、次いで前記寄生ダイオードの順方向に大電流を短時間
   流して前記半導体基板の温度を前記過熱検出回路の動作
   開始温度以上に加熱し、その後前記寄生ダイオードの順
   方向に小電流を短時間流して前記寄生ダイオードの順方
   向の電位降下を再び検出し、得られた二つの検出値の差
   および寄生ダイオードの温度依存性に基づいて前記半導
   体基板の温度上昇値を求め、しかる後前記接合に逆バイ
   アス電圧を印加して前記過熱検出回路の動作試験を行い
   、この動作試験終了後前記寄生ダイオードに小電流を流
   して動作温度の確認を行うことを特徴とする過熱検出回
   路付パワー半導体装置の温度試験方法。 ３）請求項１または請求項２のいずれかに記載の温度試
   験方法において、パワー半導体装置がパワーＭＯＳＦＥ
   Ｔを備え、このパワーＭＯＳＦＥＴのソース、ドレーン
   間に形成される寄生ダイオードを基板の内部加熱と電位
   降下の検出に兼用してなることを特徴とする過熱検出回
   路付パワー半導体装置の温度試験装置。