JPH06196645A - 集積回路用保護回路 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 何等かの異常による温度上昇によって、電子
回路が損傷してしまったり、損傷が拡大してしまうこと
を効果的に防止する。 【構成】 温度センサＴＨ１〜ＴＨn は、集積回路基板
上の各回路部分毎に設けられている。温度異常判定回路
１２は、前記温度センサＴＨ１〜ＴＨn を用いて、前記
集積回路基板上の異常温度上昇を検出し、電源制御信号
を出力する。電源制御回路ＣＰ１〜ＣＰn は、前記電源
制御信号に従って、前記集積回路基板上の少なくとも異
常温度上昇していると思われる箇所への、電源供給を制
御する。例えば、電源供給を遮断する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、半導体基板等の所定の
基板上に作り込まれた集積回路を保護する集積回路用保
護回路に係り、特に、集積回路基板上の何等かの異常に
よる温度上昇によって、集積回路基板上、又は、当該集
積回路基板を備えた電子回路が、損傷してしまったり、
損傷が拡大してしまうことを防止することができる集積
回路用保護回路に関する。

【０００２】

【従来の技術】内部不良を有する半導体集積回路におい
て、その内部不良により、そのパッケージの温度が異常
に上昇してしまうことがあった。又、このようにそのパ
ッケージの温度が過度に上昇してしまうと、そのパッケ
ージが発火してしまう恐れがあった。あるいは、過度に
発熱しているパッケージ付近の、例えば電線の絶縁被膜
等が燃え上がってしまう恐れがあった。

【０００３】又、このような内部不良が特にない半導体
集積回路においても、何等かの原因でその温度が異常に
上昇してしまう恐れがあった。例えば、ＣＭＯＳ（comp
lementary metal oxide semiconductor ）プロセス技術
にて製造される半導体集積回路では、いわゆるラッチア
ップ現象の発生によって、その温度が急激に上昇してし
まう恐れがあった。

【０００４】このラッチアップ現象は、ＣＭＯＳプロセ
スにて作り込んだ所望の論理回路における寄生pnpnサイ
リスタが、何らかの原因、例えばノイズの混入にてオン
状態となってしまうというものである。このようなラッ
チアップ現象の発生し易さは、同一品種のＣＭＯＳ半導
体集積回路であっても、個体格差がある。種々の製品検
査にてラッチアップ現象が発生し易いものについては、
不良品とされる。しかしながら、このようなラッチアッ
プ現象が特に発生し易いものではなくても、即ち、特に
不良とされたＣＭＯＳ半導体集積回路ではないものであ
っても、外部からの種々のノイズによって、一時的にラ
ッチアップ現象が発生してしまうことがある。

【０００５】このようなラッチアップ現象が発生してし
まうと、もともと内部不良が無かったものが、該ラッチ
アップ現象の発生による異常温度上昇によって、その内
部が損傷してしまうことがあった。更には、過度の温度
上昇によって、前述の如く、そのパッケージが炎上して
しまう恐れもあった。

【０００６】又、半導体集積回路の異常温度上昇には、
他にも、その内部の回路の動作異常によるものもある。
これは、その内部の回路の動作異常にて、その内部の温
度が、部分的に上昇してしまうというものである。

【０００７】

【発明が達成しようとする課題】前述のようにラッチア
ップ現象が発生してしまうと、回路が誤動作するだけで
なく、前述のように発火等、より大きな問題となってし
まう恐れがある。

【０００８】従って、従来、ＣＭＯＳ半導体集積回路の
製品テスト時に、ラッチアップ現象が発生し易いものが
見出されると、これを含むロットの半導体集積回路全て
を廃棄するようにすることもあった。例えば、前述のよ
うなラッチアップ現象が発生し易いという、只一つのＣ
ＭＯＳ半導体集積回路が見出されただけで、これが含ま
れるロットの数百個のＣＭＯＳ半導体集積回路が廃棄さ
れることもあった。これは、製造コスト上大きな負担と
なっている。

【０００９】言うまでもなく、その内部回路の構成によ
って、ＣＭＯＳ半導体集積回路の前述のようなラッチア
ップ現象を低減することも行われている。しかしなが
ら、今日においても、このようなラッチアップ現象の発
生の恐れがあるのが実状である。

【００１０】本発明は、前記従来の問題点を解決するべ
く成されたもので、ラッチアップ現象等、外部からのノ
イズの混入や、集積回路基板上の何等かの異常による温
度上昇によって、集積回路基板上、又は、当該集積回路
基板を備えた電子回路が、損傷してしまったり、損傷が
拡大してしまうことをより効果的に防止することができ
る、集積回路用保護回路を提供することを目的とする。

【００１１】

【課題を達成するための手段】本発明は、集積回路基板
上に配置された少なくとも１個の温度センサと、該温度
センサを用いて、前記集積回路基板上の異常温度上昇を
検出し、電源制御信号を出力する温度異常判定回路と、
前記電源制御信号に従って、前記集積回路基板上の少な
くとも異常温度上昇していると思われる箇所への、電源
供給を制御する電源制御回路とを備えたことにより、前
記課題を達成したものである。

【００１２】又、前記集積回路用保護回路において、前
記温度センサが、複数個であって、且つ、前記集積回路
基板上の回路部分毎に設けられており、前記温度異常判
定回路が、前記回路部分毎に、予め定められている重要
度ランク区分に従いながら、複数の前記電源制御信号を
出力するものであって、前記電源制御回路が、複数の前
記電源制御信号に従って、前記回路部分毎に電源供給を
制御するものであることにより、温度異常上昇による電
源供給停止対象となる回路部分の拡大を減少したもので
ある。

【００１３】

【作用】本発明は、前述のようなラッチアップ現象の発
生等、種々の原因による集積回路の異常温度上昇に係る
問題に特に着目し成されたものである。本発明において
は、このような異常温度上昇が発生した場合に、その集
積回路基板上に配置された集積回路用保護回路にて対処
すべく、該集積回路用保護回路の構成を見出して成され
たものである。

【００１４】図１は、本発明の要旨を示すブロック図で
ある。

【００１５】この図１に示される如く、本発明の集積回
路用保護回路は、少なくとも１個の温度センサＴＨ１〜
ＴＨn と、温度異常判定回路１２と、少なくとも１つの
電源制御回路ＣＰ１〜ＣＰn により構成される。

【００１６】前記温度センサＴＨ１〜ＴＨn は、当該集
積回路用保護回路が設けられる集積回路基板上に配置さ
れる。該温度センサＴＨ１〜ＴＨn を複数配置する場合
には、例えば、前記集積回路基板上の各回路部分毎に設
けることも可能である。該温度センサＴＨ１〜ＴＨn
を、本発明は具体的に限定するものではない。該温度セ
ンサＴＨ１〜ＴＨn は、例えば、半導体集積回路基板上
に作り込むことが可能な、pnジャンクションでの、温度
−電流特性等を用いたものであってもよい。

【００１７】前記温度異常判定回路１２は、前記温度セ
ンサＴＨ１〜ＴＨn を用いて、前記集積回路基板上の異
常温度上昇を検出する。又、該温度異常判定回路１２
は、このような異常温度上昇の検出に従って、電源制御
信号を出力する。

【００１８】例えば、前記温度センサＴＨ１〜ＴＨn
を、前記集積回路基板上の回路部分毎に複数個用いる場
合には、前記電源制御信号を、前記回路部分毎の複数の
信号としてもよい。この際、これら複数の電源制御信号
を、予め定められている重要度ランク区分に従って出力
するようにしてもよい。この重要度ランク区分は、例え
ば、ある１個の温度センサＴＨ１〜ＴＨn に対応する回
路部分にて異常温度上昇が検出された場合、必要に応じ
て他の回路部分に対応する前記電源制御信号をも出力す
るというものであってもよい。

【００１９】前記電源制御回路ＣＰ１〜ＣＰn は、前記
電源制御信号に従って、前記集積回路基板上の少なくと
も異常温度上昇していると思われる箇所への、電源供給
を制御するというものである。例えば、前記温度異常判
定回路１２にて異常温度上昇が検出された場合、電源供
給を停止ないしは低減するというものである。

【００２０】この図１においては、複数の前記温度セン
サＴＨ１〜ＴＨn に対応して、前記温度異常判定回路１
２から出力される複数の前記電源制御信号毎に、前記電
源制御回路ＣＰ１〜ＣＰn が設けられている。しかしな
がら、このような電源制御回路ＣＰ１〜ＣＰn の具体的
な構成を、本発明は限定するものではない。例えば、前
記温度センサＴＨ１〜ＴＨn が１個のみ用いられている
場合、前記電源制御回路ＣＰ１〜ＣＰn は、１つの電源
の供給を制御するものであってもよい。又、複数の前記
温度センサＴＨ１〜ＴＨn を用いる場合であっても、１
つの前記電源制御回路ＣＰ１〜ＣＰn にて、複数の電源
の供給を制御するようにしてもよい。

【００２１】以上説明した通り、本発明の集積回路用保
護回路によれば、何等かの異常によってその集積回路基
板上の温度が上昇したとしても、その電源供給を制御す
ることができ、当該集積回路基板、又は当該集積回路基
板を備えた電子回路の損傷や損傷の拡大を効果的に防止
することができる。又、前記温度センサＴＨ１〜ＴＨn
は、当該集積回路用保護回路が組み込まれる、当該集積
回路用保護回路の保護対象となる集積回路基板上に配置
されているため、その集積回路の温度の異常上昇時に
は、これをより速やかに検出することが可能である。

【００２２】

【実施例】以下、図を用いて本発明の実施例を詳細に説
明する。

【００２３】図２は、本発明が適用された実施例の電源
制御回路を中心とした回路図である。

【００２４】この図２においては、合計６系統の供給電
源Ｐa 、Ｐb 、Ｐ１〜Ｐ６を供給する、集積回路基板上
の特に電源制御回路が示されている。該電源制御回路
は、主として、定電圧回路ＶＲa 、ＶＲb 、ＶＲ１〜Ｖ
Ｒ６と、電源遮断素子Ｔ１〜Ｔ６にて構成されている。

【００２５】前記定電圧回路ＶＲa 、ＶＲb 、ＶＲ１〜
ＶＲ６は、それぞれ、供給電源Ｐa、Ｐb 、Ｐ１〜Ｐ６
を供給する。これら供給電源Ｐa 、Ｐb 、Ｐ１〜Ｐ６の
電源電圧は、それぞれ、Ｖa 、Ｖb 、Ｖ１〜Ｖ６となっ
ている。

【００２６】又、前記定電圧回路ＶＲ１〜ＶＲ６のそれ
ぞれの電源入力側には、前記電源遮断素子Ｔ１〜Ｔ６が
設けられている。これら電源遮断素子Ｔ１〜Ｔ６は、そ
れぞれ、ＮチャネルＭＯＳ（metal oxide semiconducto
r ）トランジスタである。これら電源遮断素子Ｔ１〜Ｔ
６は、ＮチャネルＭＯＳトランジスタのそのソースとド
レインについて、電源入力端子Ｖddと、該当する前記定
電圧回路ＶＲ１〜ＶＲ６の電源入力部分との間に接続さ
れている。又、これら電源遮断素子Ｔ１〜Ｔ６につい
て、ＮチャネルＭＯＳトランジスタのそのゲートには、
それぞれ電源制御信号Ｇ１〜Ｇ６が入力されている。こ
れら電源遮断素子Ｔ１〜Ｔ６は、前記電源制御信号Ｇ１
〜Ｇ６が“１（Ｈ状態）”となると、対応する前記定電
圧回路ＶＲ１〜ＶＲ６へと電源を供給する。一方、前記
電源制御信号Ｇ１〜Ｇ６が“０（Ｌ状態）”となると、
その電源の供給は停止される。

【００２７】この図２に示されるような本実施例の電源
回路において、最も入力部分の電源入力の電圧Ｖddは５
Ｖとなっている。又、前記電源電圧Ｖa は３．５Ｖであ
り、前記電源電圧Ｖb は１．５Ｖである。又、前記電源
電圧Ｖ１〜Ｖ６は、それぞれ３Ｖとなっている。

【００２８】本実施例においては、各部で用いられる前
記供給電源Ｐa 、Ｐb 、Ｐ１〜Ｐ６のそれぞれの電源電
圧Ｖa 、Ｖb 、Ｖ１〜Ｖ６は、前記電源入力の電圧Ｖdd
よりも低くされているため、例えば前記電源遮断素子Ｔ
１〜Ｔ６によるパワーロスは問題とはならない。

【００２９】図３は、本実施例に用いられる温度センサ
及び温度異常判定回路の回路図である。

【００３０】この図３においては、本実施例において合
計６個用いられる温度センサＴＨ１〜ＴＨ６のうち、１
個の温度センサＴＨと、これに係る温度異常判定回路中
の温度センサ回路とが示されている。該温度センサ回路
は、合計３個のＮチャネルＭＯＳトランジスタＴＮ１〜
ＴＮ３と、コンパレータＣとにより構成されている。

【００３１】前記ＮチャネルＭＯＳトランジスタＴＮ１
〜ＴＮ３は、それぞれそのドレインにそのゲートが接続
され、それぞれＭＯＳダイオードとして動作している。
又、このようなＭＯＳダイオードとされた前記Ｎチャネ
ルＭＯＳトランジスタＴＮ１〜ＴＮ３は、それぞれのソ
ース及びドレインに関して、又、前記温度センサＴＨと
共に直列接続されている。このように直列接続されたも
のの両端には、前記供給電源Ｐa が供給されている。

【００３２】前記コンパレータＣのプラス入力には、前
記温度センサＴＨのアノードが接続されている。一方、
該コンパレータＣのマイナス入力には、前記供給電源Ｐ
b の電圧Ｖb が印加されている。従って、該コンパレー
タＣは、前記温度センサＴＨの両端に生じる電圧と、前
記電圧Ｖb とを比較することによって、前記温度センサ
ＴＨが配置された前記集積回路基板上の温度を検出する
ことができる。又、該コンパレータＣのこのような温度
の検出結果は、電源制御信号Ｇとして出力される。該電
源制御信号Ｇは、前記電源制御信号Ｇ１〜Ｇ６のいずれ
か１つに該当するものである。即ち、該電源制御信号Ｇ
は、前記電源遮断素子Ｔ１〜Ｔ６のいずれかのゲートに
入力されるものである。

【００３３】図４は、本実施例に用いられる前記温度異
常判定回路の構成を示すブロック図である。

【００３４】本実施例の前記温度異常判定回路１２は、
前記図３に示した前述の温度センサ回路を、前記温度セ
ンサＴＨ１〜ＴＨ６の個数だけ、即ち、合計６個備え
る。又、これらの温度センサ回路それぞれの前記図３に
示されるコンパレータＣは、この図４では符号Ｃ１〜Ｃ
６で示されるものである。

【００３５】又、前記温度異常判定回路１２は、この図
４に示される如く、更に、遮断順序回路１４を備える。
該遮断順序回路１４は、前記コンパレータＣ１〜Ｃ６そ
れぞれの出力を、独立して入力する。又、該遮断順序回
路１４は、前記電源遮断素子Ｔ１〜Ｔ６それぞれのゲー
トへと、前記電源制御信号Ｇ１〜Ｇ６を出力する。

【００３６】図５を用いてより詳しく後述するとおり、
本実施例においては、ある回路部分領域Ａ１〜Ａ６に
て、この箇所に配置されている前記温度センサＴＨ１〜
ＴＨ６や、前記コンパレータＣ１〜Ｃ６等によって異常
温度上昇が検出されると、まず、当該回路部分領域Ａ１
〜Ａ６に供給される供給電源Ｐ１〜Ｐ６を遮断すべく、
これに対応する電源遮断素子Ｔ１〜Ｔ６のゲートへの前
記電源制御信号Ｇ１〜Ｇ６を“０”とする。更に、本実
施例では、このような異常温度上昇となった回路部分領
域Ａ１〜Ａ６だけでなく、予め定められている重要度ラ
ンク区分に従いながら、必要に応じて他の回路部分領域
Ａ１〜Ａ６に供給される前記供給電源Ｐ１〜Ｐ６の遮断
も行う。前記重要度ランク区分は、それぞれの前記回路
部分領域Ａ１〜Ａ６について、他の回路部分領域Ａ１〜
Ａ６に対する相対的な重要度に従ったものである。

【００３７】本実施のこのような遮断操作は、主として
前記遮断順序回路１４において、前記コンパレータＣ１
〜Ｃ６の出力に従って行われる。

【００３８】図５は、本実施例の集積回路基板全体のレ
イアウト図である。

【００３９】この図５において、集積回路基板１全体
は、これに組み込まれる論理回路の回路部分毎の領域、
即ち、合計６個の回路部分領域Ａ１〜Ａ６にて構成され
ている。各回路部分領域Ａ１〜Ａ６には、該当する回路
部分が作り込まれており、又、その電源は、対応する前
記供給電源Ｐ１〜Ｐ６が供給されている。

【００４０】更に、各回路部分領域には、それぞれ対応
する前記温度センサＴＨ１〜ＴＨ６が配置されている。
各回路部分領域Ａ１〜Ａ６中において、前記温度センサ
ＴＨ１〜ＴＨ６の配置位置は、その回路部分領域Ａ１〜
Ａ６中で最も異常温度上昇が発生すると思われる箇所に
配置されている。例えば、当該集積回路基板１の外部に
対する信号入出力回路が作り込まれている部分では、当
該集積回路基板１の外部からのノイズの混入等によっ
て、例えばラッチアップ現象が発生してしまう恐れがよ
り高い。このようなラッチアップ現象が発生してしまう
と、その発生箇所での異常電流による温度上昇を生じて
しまう。従って、このような当該集積回路基板１の外部
への信号入出力部分に、前記温度センサＴＨ１〜ＴＨ６
を配置するということも行われている。

【００４１】本実施例においては、ある回路部分領域Ａ
１〜Ａ６にて、この箇所に配置されている前記温度セン
サＴＨ１〜ＴＨ６や、前記コンパレータＣ１〜Ｃ６等に
よって異常温度上昇が検出されると、まず、当該回路部
分領域Ａ１〜Ａ６に供給される供給電源Ｐ１〜Ｐ６を遮
断すべく、これに対応する電源遮断素子Ｔ１〜Ｔ６のゲ
ートへの前記電源制御信号Ｇ１〜Ｇ６を“０”とする。

【００４２】更に、本実施例では、このような異常温度
上昇となった回路部分領域Ａ１〜Ａ６だけでなく、予め
定められている重要度ランク区分に従いながら、必要に
応じて他の回路部分領域Ａ１〜Ａ６に供給される前記供
給電源Ｐ１〜Ｐ６の遮断も行う。

【００４３】前述のように予め定められている重要度ラ
ンク区分は、それぞれの前記回路部分領域Ａ１〜Ａ６に
ついて、他の回路部分領域Ａ１〜Ａ６に対する相対的な
重要度に従った情報である。

【００４４】又、このような重要度ランク区分は、それ
ぞれの回路部分領域Ａ１〜Ａ６の電源遮断を行うか否か
の、既に電源遮断が行われることになっている他の回路
部分領域Ａ１〜Ａ６との関連性に従った情報も含んでい
る。例えば、ある回路部分領域Ａ１〜Ａ６が温度異常上
昇等によってその供給電源Ｐ１〜Ｐ６が遮断される場
合、これに伴ってその動作が無意味になってしまう他の
回路部分領域Ａ１〜Ａ６については、同時にその供給電
源Ｐ１〜Ｐ６を遮断することが望ましい。従って、この
ような前記回路部分領域Ｐ１〜Ｐ６間の相互の電源遮断
の関係をも含んだものとなっている。

【００４５】なお、この図５において、符号Ｖddは、当
該集積回路基板１全体に対する電源入力を示す。又、符
号Ａ０の回路部分領域には、前記図２を用いて前述した
電源回路が組み込まれている。なお、前記図３に示され
る前記コンパレータＣ１〜Ｃ６を含む温度異常判定回路
は、それぞれの温度センサＴＨ１〜ＴＨ６が配置されて
いる前記回路部分領域Ａ１〜Ａ６に作り込まれている。

【００４６】以上説明した通り、本実施例によれば、前
記集積回路基板１上で異常温度上昇が発生してしまった
としても、当該集積回路基板１上にほぼ分散配置された
合計６個の前記温度センサＴＨ１〜ＴＨ６等によって、
この異常温度上昇を検出することができる。又、このよ
うに異常温度上昇が検出された場合、該当する回路部分
領域Ａ１〜Ａ６を含めた領域の前記供給電源Ｐ１〜Ｐ６
が遮断され、温度を上昇させるジュール熱が生じないよ
うに、その電流を遮断することができる。従って、当該
集積回路基板１上の電子回路が損傷してしまったり、損
傷が拡大してしまうことをより効果的に防止することが
できる。

【００４７】特に、本実施例では、前記温度センサＴＨ
１〜ＴＨ６が前記各回路部分領域Ａ１〜Ａ６に分散配置
されているため、前記集積回路基板１上での異常温度上
昇を全般的に監視することが可能である。又、このよう
な前記温度センサＴＨ１〜ＴＨ６の近傍に、前記コンパ
レータＣ１〜ＣＰ６等による温度異常判定回路のうち、
特に前記温度センサＴＨ１〜ＴＨ６に直接接続される部
分が作り込まれているため、各部の異常温度上昇をより
正確に検出することができる。即ち、前記温度センサＴ
Ｈ１〜ＴＨ６の近傍に配置されているため、前記温度セ
ンサＴＨ１〜ＴＨ６の異常温度上昇による電圧変動や、
電流変動をより正確に検出することが可能である。

【００４８】

【発明の効果】以上説明した通り、本発明によれば、集
積回路基板上の何等かの異常による温度上昇によって、
集積回路基板上、又は、当該集積回路基板を備えた電子
回路が、損傷してしまったり、損傷が拡大してしまうこ
とをより効果的に防止することができるという優れた効
果を得ることができる。

【００４９】本発明によれば、近年複雑化している半導
体集積回路チップの内部のシステム異常を、より効果的
に監視するように役立てることも可能である。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の要旨を示すブロック図

【図２】本発明が適用された実施例の電源制御回路を中
心とした部分の回路図

【図３】前記実施例の特に温度異常判定回路の温度セン
サ回路を中心とした部分の回路図

【図４】前記実施例に用いられる前記温度異常判定回路
の構成を示すブロック図

【図５】前記実施例の集積回路基板全体のレイアウト図

【符号の説明】

１…集積回路基板 １２…温度異常判定回路 １４…遮断順序回路 ＴＨ１〜ＴＨn …温度センサ ＣＰ１〜ＣＰn …電源制御回路 ＶＲa 、ＶＲb 、ＶＲ１〜ＶＲ６…定電圧回路 Ｔ１〜Ｔ６…電源遮断素子 ＴＮ１〜ＴＮ３…ＮチャネルＭＯＳトランジスタ（ＭＯ
Ｓダイオードとして利用されるもの） Ｃ、Ｃ１〜Ｃ６…コンパレータ ＰＩ…電源入力 Ｐa 、Ｐb 、Ｐ１〜Ｐ６〜Ｐn …供給電源 Ｖa 、Ｖb 、Ｖ１〜Ｖ６…電源電圧 Ａ６０〜Ａ６…回路部分領域

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】集積回路基板上に配置された少なくとも１
   個の温度センサと、 該温度センサを用いて、前記集積回路基板上の異常温度
   上昇を検出し、電源制御信号を出力する温度異常判定回
   路と、 前記電源制御信号に従って、前記集積回路基板上の少な
   くとも異常温度上昇していると思われる箇所への、電源
   供給を制御する電源制御回路とを備えたことを特徴とす
   る集積回路用保護回路。
2. 【請求項２】請求項１において、 前記温度センサが、複数個であって、且つ、前記集積回
   路基板上の回路部分毎に設けられており、 前記温度異常判定回路が、前記回路部分毎に、予め定め
   られている重要度ランク区分に従いながら、複数の前記
   電源制御信号を出力するものであって、 前記電源制御回路が、複数の前記電源制御信号に従っ
   て、前記回路部分毎に電源供給を制御するものであるこ
   とを特徴とする集積回路用保護回路。