JPH0677397A - 半導体の温度異常検出装置 - Google Patents
半導体の温度異常検出装置Info
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- JPH0677397A JPH0677397A JP4229019A JP22901992A JPH0677397A JP H0677397 A JPH0677397 A JP H0677397A JP 4229019 A JP4229019 A JP 4229019A JP 22901992 A JP22901992 A JP 22901992A JP H0677397 A JPH0677397 A JP H0677397A
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- semiconductor
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- H01L2224/01—Means for bonding being attached to, or being formed on, the surface to be connected, e.g. chip-to-package, die-attach, "first-level" interconnects; Manufacturing methods related thereto
- H01L2224/42—Wire connectors; Manufacturing methods related thereto
- H01L2224/47—Structure, shape, material or disposition of the wire connectors after the connecting process
- H01L2224/48—Structure, shape, material or disposition of the wire connectors after the connecting process of an individual wire connector
- H01L2224/4805—Shape
- H01L2224/4809—Loop shape
- H01L2224/48091—Arched
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- Cooling Or The Like Of Semiconductors Or Solid State Devices (AREA)
Abstract
(57)【要約】 （修正有）
【構成】 本発明は、非直線性な温度−抵抗特性を示す
ＰＴＣ効果材３と電気的に直列に接続された固定抵抗１
との接続箇所Ｂから引き出されて電源電圧を分圧し、電
圧信号を反転して出力するインバータゲート４を備えた
半導体の温度異常検出装置である。 【効果】 本発明により、半導体の異常温度上昇を容易
に検出することが可能である。
ＰＴＣ効果材３と電気的に直列に接続された固定抵抗１
との接続箇所Ｂから引き出されて電源電圧を分圧し、電
圧信号を反転して出力するインバータゲート４を備えた
半導体の温度異常検出装置である。 【効果】 本発明により、半導体の異常温度上昇を容易
に検出することが可能である。
Description
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は、半導体の温度異常検出
装置に関する。
装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】従来、ＩＣ、ＬＳＩ等の半導体部品（以
下ＩＣという）は熱に弱く、しかも、Ｍａｉｌ Ｍａｈ
ａｌｉｎｇａｍ著「接合温度を下げるための各種ＩＣパ
ッケージの熱設計」によると、ＩＣは消費電力はほとん
ど熱となるためＩＣ内部は温度上昇する特性があり、半
導体の動作特性は接合部の温度に左右され、絶縁物の劣
化、配線部、ワイヤボンドの腐食、界面拡散等も温度に
依存する。つまりＩＣの信頼性維持に対し一定値以下の
温度環境が必要であり、また動作維持には半導体の特性
から一定値以下でなければならないことからＩＣの温度
管理が必要である。
下ＩＣという）は熱に弱く、しかも、Ｍａｉｌ Ｍａｈ
ａｌｉｎｇａｍ著「接合温度を下げるための各種ＩＣパ
ッケージの熱設計」によると、ＩＣは消費電力はほとん
ど熱となるためＩＣ内部は温度上昇する特性があり、半
導体の動作特性は接合部の温度に左右され、絶縁物の劣
化、配線部、ワイヤボンドの腐食、界面拡散等も温度に
依存する。つまりＩＣの信頼性維持に対し一定値以下の
温度環境が必要であり、また動作維持には半導体の特性
から一定値以下でなければならないことからＩＣの温度
管理が必要である。
【０００３】また、温度検出に使用する種類のＰＴＣ効
果材（例えば半導性チタン酸バリウムの表面に酸化ビス
マスの膜をつけたもの）には、ＰＴＣ効果（Ｐｏｓｉｔ
ｉｖｅ Ｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅ Ｃｏｆｆｉｃｉｅｎ
ｔ）、即ち、正の温度抵抗急変特性があり、図７に示す
ようなＰＴＣ効果材の特性値を示す。本グラフは、Ｐ．
Ｗ．ＨＡＡＹＭＡＮのＢｒｉｔｉｓｈ Ｐａｔｅｎｔ
７１４，９６５， １９５４およびＧｅｒｍａｎ Ｐａ
ｔｅｎｔ ９２９，３５０， １９５４から抜粋したも
のであり、ＰＴＣ効果材は一定温度以上になると抵抗値
が急変し、大きな抵抗値となることが特徴である。また
元の温度になると抵抗値も元の値に戻るものである。ま
たこの特性値は材料添加物の調整により多少の変化可能
なものである。尚、図７において、８１はＢａＳｒＴｉ
Ｏ3、８２はＢａＴｉＯ3、８３はＢａＰｂＴｉＯ3であ
る。
果材（例えば半導性チタン酸バリウムの表面に酸化ビス
マスの膜をつけたもの）には、ＰＴＣ効果（Ｐｏｓｉｔ
ｉｖｅ Ｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅ Ｃｏｆｆｉｃｉｅｎ
ｔ）、即ち、正の温度抵抗急変特性があり、図７に示す
ようなＰＴＣ効果材の特性値を示す。本グラフは、Ｐ．
Ｗ．ＨＡＡＹＭＡＮのＢｒｉｔｉｓｈ Ｐａｔｅｎｔ
７１４，９６５， １９５４およびＧｅｒｍａｎ Ｐａ
ｔｅｎｔ ９２９，３５０， １９５４から抜粋したも
のであり、ＰＴＣ効果材は一定温度以上になると抵抗値
が急変し、大きな抵抗値となることが特徴である。また
元の温度になると抵抗値も元の値に戻るものである。ま
たこの特性値は材料添加物の調整により多少の変化可能
なものである。尚、図７において、８１はＢａＳｒＴｉ
Ｏ3、８２はＢａＴｉＯ3、８３はＢａＰｂＴｉＯ3であ
る。
【０００４】そして、前述のとおり、ＩＣ等の半導体部
品は自ら発熱するものの、使用時の温度に制約があり、
一定以下の温度となるように冷却する必要があり、また
冷却できていることを保証する必要性もある。
品は自ら発熱するものの、使用時の温度に制約があり、
一定以下の温度となるように冷却する必要があり、また
冷却できていることを保証する必要性もある。
【０００５】一方、動作中のＩＣ内部の温度を検知する
には、パッケージの熱抵抗と動作により変動する発熱量
の問題から正確に把握することが出来ない状況にある。
パッケージの表面温度と設定した発熱量から推測する程
度の現状にある。
には、パッケージの熱抵抗と動作により変動する発熱量
の問題から正確に把握することが出来ない状況にある。
パッケージの表面温度と設定した発熱量から推測する程
度の現状にある。
【０００６】また、ＩＣジャンクション部分や、ＩＣ内
部の為計測するのは難しく、ＩＣ内部（チップ部）の温
度と外部の温度（パッケージ表面）ではパッケージ材料
の熱伝導特性、大きさ、形状、び周囲環境（温度、冷却
流の流量）等さまざまな原因による差が生じる。これを
一般に熱抵抗と呼び、発熱量との関数で表すが、さまざ
まな原因と発熱量のどちらも固定されにくい為、内部温
度を計測、把握することは難しい状況にある。
部の為計測するのは難しく、ＩＣ内部（チップ部）の温
度と外部の温度（パッケージ表面）ではパッケージ材料
の熱伝導特性、大きさ、形状、び周囲環境（温度、冷却
流の流量）等さまざまな原因による差が生じる。これを
一般に熱抵抗と呼び、発熱量との関数で表すが、さまざ
まな原因と発熱量のどちらも固定されにくい為、内部温
度を計測、把握することは難しい状況にある。
【０００７】また、外装（パッケージ）表面計測による
予測値では誤差が多く、表面温度計測は難しい。また、
測定場所、センサー取り付け状態でばらつきが多く、誤
差も大きく、ヒートシンクが付いた場合測定できず、生
産現場での難しい計測は困難である。
予測値では誤差が多く、表面温度計測は難しい。また、
測定場所、センサー取り付け状態でばらつきが多く、誤
差も大きく、ヒートシンクが付いた場合測定できず、生
産現場での難しい計測は困難である。
【０００８】更に、ＩＣは発熱量が明確でなく、ＩＣの
内部温度は発熱量と熱抵抗で予測しているが、発熱量は
動作により変化するので正確でなく、最大発熱量での予
測はマージンが大きく冷却効率の無駄につながる。
内部温度は発熱量と熱抵抗で予測しているが、発熱量は
動作により変化するので正確でなく、最大発熱量での予
測はマージンが大きく冷却効率の無駄につながる。
【０００９】また、全ての検証は無理であり、一枚のプ
リント板内の全ＩＣ、またシステム構成の違いによるプ
リント板数の違いによる変化等全ての場合の検証は無理
である。
リント板内の全ＩＣ、またシステム構成の違いによるプ
リント板数の違いによる変化等全ての場合の検証は無理
である。
【００１０】それで、理想的な検出方法として発熱量に
影響されずに異常温度時のみ検出でき、検出信号は通常
のＩＣ回路で利用できるもので、急激、一時的な温度変
化は無視できるものが望まれていた。
影響されずに異常温度時のみ検出でき、検出信号は通常
のＩＣ回路で利用できるもので、急激、一時的な温度変
化は無視できるものが望まれていた。
【００１１】
【発明が解決しようとする課題】従って、従来ＩＣの温
度管理は、自ら自分の現状温度を知る手段が無い為に次
のような問題点があった。
度管理は、自ら自分の現状温度を知る手段が無い為に次
のような問題点があった。
【００１２】（１）温度に依存する動作異常がすぐに発
見できず原因不明の動作異常がでる場合がある。
見できず原因不明の動作異常がでる場合がある。
【００１３】（２）上記問題点を解決するため、頻繁な
冷却装置、エアーフィルタ等の定期的点検、保守が必要
でコスト高の原因になっている。
冷却装置、エアーフィルタ等の定期的点検、保守が必要
でコスト高の原因になっている。
【００１４】（３）ヒートシンクの取り付け不良、経年
変化、ごみの付着による冷却効率低下等ＩＣ個々の問題
は検出不可能で信頼性低下の原因となる。ヒートシンク
の取り付け不良は、製造不良防止となる。経年変化、ご
みの付着等装置管理上の信頼性向上につながる。
変化、ごみの付着による冷却効率低下等ＩＣ個々の問題
は検出不可能で信頼性低下の原因となる。ヒートシンク
の取り付け不良は、製造不良防止となる。経年変化、ご
みの付着等装置管理上の信頼性向上につながる。
【００１５】本発明は、これらの問題点を解決する半導
体の温度異常検出装置を提供することを目的としてい
る。
体の温度異常検出装置を提供することを目的としてい
る。
【００１６】
【課題を解決するための手段】本発明は、半導体部品の
内部、パッケージまたはチップに装着され、前記半導体
の表面温度上昇によって非直線性な温度−抵抗特性を示
すＰＴＣ効果材と、このＰＴＣ効果材と電気的に直列に
接続された固体抵抗と、この固体抵抗とＰＴＣ効果材と
の接続箇所から引き出されて電源電圧を分圧し、しかも
ＰＴＣ効果材の示す温度−抵抗特性によって出力される
電圧信号を反転して出力するインバータゲートとを具備
し半導体の異常温度上昇を検出することを特徴とした半
導体の温度異常検出装置である。
内部、パッケージまたはチップに装着され、前記半導体
の表面温度上昇によって非直線性な温度−抵抗特性を示
すＰＴＣ効果材と、このＰＴＣ効果材と電気的に直列に
接続された固体抵抗と、この固体抵抗とＰＴＣ効果材と
の接続箇所から引き出されて電源電圧を分圧し、しかも
ＰＴＣ効果材の示す温度−抵抗特性によって出力される
電圧信号を反転して出力するインバータゲートとを具備
し半導体の異常温度上昇を検出することを特徴とした半
導体の温度異常検出装置である。
【００１７】
【作用】本発明における半導体の温度異常検出装置で
は、半導体部品の内部、パッケージまたはチップにＰＴ
Ｃ効果材を装着し、半導体の表面温度上昇によって非直
線性な温度−抵抗特性を利用し、ＰＴＣ効果材と電気的
に直列に固体抵抗を接続し、固体抵抗とＰＴＣ効果材と
の接続箇所から接続線を引き出して電源電圧を分圧し、
ＰＴＣ効果材の示す温度−抵抗特性によって出力される
電圧信号を反転して出力し、半導体の異常温度上昇を検
出する。
は、半導体部品の内部、パッケージまたはチップにＰＴ
Ｃ効果材を装着し、半導体の表面温度上昇によって非直
線性な温度−抵抗特性を利用し、ＰＴＣ効果材と電気的
に直列に固体抵抗を接続し、固体抵抗とＰＴＣ効果材と
の接続箇所から接続線を引き出して電源電圧を分圧し、
ＰＴＣ効果材の示す温度−抵抗特性によって出力される
電圧信号を反転して出力し、半導体の異常温度上昇を検
出する。
【００１８】
【実施例】次に本発明の一実施例を説明する。図１にお
いて、３は半導体部品の内部、パッケージまたはチップ
に装着され、半導体の表面温度上昇によって非直線性な
温度−抵抗特性を示すＰＴＣ効果材、１はＰＴＣ効果材
３と電気的に直列に接続された固体抵抗、４は固体抵抗
１とＰＴＣ効果材との接続点Ｂから引き出されて電源電
圧を分圧し、しかもＰＴＣ効果材３の示す温度−抵抗特
性によって出力される電圧信号を反転して出力するイン
バータゲートであり、ＩＣの内部（パッケージ、ＩＣチ
ップ内、ＩＣチップの表面を含む）に装着した少なくと
も１個以上の温度検出部品と検出回路及び１本以上の出
力ピンを備えた半導体の温度異常検出装置である。そし
て図２、図３は図１の作用の説明図であり、５、６は電
流の流れを示している。
いて、３は半導体部品の内部、パッケージまたはチップ
に装着され、半導体の表面温度上昇によって非直線性な
温度−抵抗特性を示すＰＴＣ効果材、１はＰＴＣ効果材
３と電気的に直列に接続された固体抵抗、４は固体抵抗
１とＰＴＣ効果材との接続点Ｂから引き出されて電源電
圧を分圧し、しかもＰＴＣ効果材３の示す温度−抵抗特
性によって出力される電圧信号を反転して出力するイン
バータゲートであり、ＩＣの内部（パッケージ、ＩＣチ
ップ内、ＩＣチップの表面を含む）に装着した少なくと
も１個以上の温度検出部品と検出回路及び１本以上の出
力ピンを備えた半導体の温度異常検出装置である。そし
て図２、図３は図１の作用の説明図であり、５、６は電
流の流れを示している。
【００１９】即ち、本実施例は、ＩＣパッケージの表面
または内部またはチップ表面上に温度特性の異なる２種
類のＰＴＣ効果材を接着等の方法で装着し、ＩＣ内部の
温度が、信頼性維持に必要とされる温度以上となった場
合には、一つのＰＴＣ効果材の抵抗値が急変し、またさ
らに高温となり動作維持限界温度、または熱的破壊温度
に近づいた場合にはもう一方のＰＴＣ効果材の抵抗値が
急変するように設定し、各々のＰＴＣ効果材の抵抗値の
変化を検地し外部に信号変化または信号出力で通知でき
る回路と組み合わせ、且つ回路をＩＣ内部に持つこと
で、温度警報通知と温度異常通知のように信号を使い分
け、温度による信頼性低下または温度異常による動作障
害発生を事前に検知、処置を装置側で容易にできるＩＣ
の内部温度検知方式を提供するものである。
または内部またはチップ表面上に温度特性の異なる２種
類のＰＴＣ効果材を接着等の方法で装着し、ＩＣ内部の
温度が、信頼性維持に必要とされる温度以上となった場
合には、一つのＰＴＣ効果材の抵抗値が急変し、またさ
らに高温となり動作維持限界温度、または熱的破壊温度
に近づいた場合にはもう一方のＰＴＣ効果材の抵抗値が
急変するように設定し、各々のＰＴＣ効果材の抵抗値の
変化を検地し外部に信号変化または信号出力で通知でき
る回路と組み合わせ、且つ回路をＩＣ内部に持つこと
で、温度警報通知と温度異常通知のように信号を使い分
け、温度による信頼性低下または温度異常による動作障
害発生を事前に検知、処置を装置側で容易にできるＩＣ
の内部温度検知方式を提供するものである。
【００２０】そして、図１において、固定抵抗１はＰＴ
Ｃ効果材３の間にＴＴＬまたはＣＭＯＳのインバータゲ
ート４を接続し、この接続点を、接続点Ｂとする。固定
抵抗１の片側には温度検出するＩＣの基準電圧（例えば
５Ｖ）を加え、ＰＴＣ効果材３の片側はアース等の低電
位部に接続し、ＴＴＬまたはＣＭＯＳのインバータゲー
ト４の先端は警報信号出力とする。通常使用状態ではＰ
ＴＣ効果材３の抵抗値が低いためインバータゲート４の
側には電流は流れずゲートはオンしない。冷却装置等の
原因でＩＣの温度が上昇しＰＴＣ効果材３も含めて一定
以上の温度となった場合、ＰＴＣ効果材は図４に示すグ
ラフ特性のように抵抗値が急変に大きくなる。この時、
接続点Ｂの電圧は高くなりインバータゲート側に電流が
流れ、ゲートがオンし信号が出力される。この信号は前
述の通りＩＣの温度が一定値以上の場合のみに出力され
る為、一定値以上を温度異常と設定することにより、温
度異常信号とみなすことができる。インバータゲート回
路はヒステリシス特性を持つ素子を採用し、電圧変動に
よるノイズ対策を必要とする場合もある。
Ｃ効果材３の間にＴＴＬまたはＣＭＯＳのインバータゲ
ート４を接続し、この接続点を、接続点Ｂとする。固定
抵抗１の片側には温度検出するＩＣの基準電圧（例えば
５Ｖ）を加え、ＰＴＣ効果材３の片側はアース等の低電
位部に接続し、ＴＴＬまたはＣＭＯＳのインバータゲー
ト４の先端は警報信号出力とする。通常使用状態ではＰ
ＴＣ効果材３の抵抗値が低いためインバータゲート４の
側には電流は流れずゲートはオンしない。冷却装置等の
原因でＩＣの温度が上昇しＰＴＣ効果材３も含めて一定
以上の温度となった場合、ＰＴＣ効果材は図４に示すグ
ラフ特性のように抵抗値が急変に大きくなる。この時、
接続点Ｂの電圧は高くなりインバータゲート側に電流が
流れ、ゲートがオンし信号が出力される。この信号は前
述の通りＩＣの温度が一定値以上の場合のみに出力され
る為、一定値以上を温度異常と設定することにより、温
度異常信号とみなすことができる。インバータゲート回
路はヒステリシス特性を持つ素子を採用し、電圧変動に
よるノイズ対策を必要とする場合もある。
【００２１】尚、図４において８は設定温度値、９はＰ
ＴＣ効果材の抵抗値、１０は接続点Ｂの温度、１１はイ
ンバータゲートの出力信号である。図５は本実施例の斜
視図であり、１１はＩＣの外観、１２、１８はＰＴＣ効
果材、１３は固定抵抗、１４は電源、１５はグランド、
１６は温度異常出力ピン、１７はＩＣのチップ、１９は
ＩＣチップ、２０はキャップ、２１はパッケージ、２２
はリードである。図６は図５のＡ−Ａ矢視断面図であ
る。
ＴＣ効果材の抵抗値、１０は接続点Ｂの温度、１１はイ
ンバータゲートの出力信号である。図５は本実施例の斜
視図であり、１１はＩＣの外観、１２、１８はＰＴＣ効
果材、１３は固定抵抗、１４は電源、１５はグランド、
１６は温度異常出力ピン、１７はＩＣのチップ、１９は
ＩＣチップ、２０はキャップ、２１はパッケージ、２２
はリードである。図６は図５のＡ−Ａ矢視断面図であ
る。
【００２２】
【発明の効果】本発明により、半導体の異常温度を容易
に検出することが可能である。
に検出することが可能である。
【図１】本発明の一実施例を示す温度異常検出装置の構
成図である。
成図である。
【図２】図１の作用説明図である。
【図３】図１の作用説明図である。
【図４】図１の特性説明図である。
【図５】本発明を半導体に適用した場合の斜視図であ
る。
る。
【図６】図５のＡＡ矢視断面図である。
【図７】従来のＰＴＣ特性説明図である。
１ 固定抵抗 ３ ＰＴＣ効果材 ４ インバータゲート
─────────────────────────────────────────────────────
【手続補正書】
【提出日】平成５年１月１４日
【手続補正１】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】特許請求の範囲
【補正方法】変更
【補正内容】
【特許請求の範囲】
【手続補正２】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００１６
【補正方法】変更
【補正内容】
【００１６】
【課題を解決するための手段】本発明は、半導体部品の
内部、バッケージまたはチップに装着され、前記半導体
の表面温度上昇によって非直線性な温度−抵抗特性を示
すＰＴＣ効果材と、このＰＴＣ効果材と電気的に直列に
接続された固体抵抗と、この固体抵抗とＰＴＣ効果材と
の接続箇所から引き出されて電源電圧を分圧し、しかも
ＰＴＣ効果材の示す温度−抵抗特性によって出力される
電圧信号を反転して出力するゲートとを具備し半導体の
異常温度上昇を検出することを特徴とした半導体の温度
異常検出装置である。
内部、バッケージまたはチップに装着され、前記半導体
の表面温度上昇によって非直線性な温度−抵抗特性を示
すＰＴＣ効果材と、このＰＴＣ効果材と電気的に直列に
接続された固体抵抗と、この固体抵抗とＰＴＣ効果材と
の接続箇所から引き出されて電源電圧を分圧し、しかも
ＰＴＣ効果材の示す温度−抵抗特性によって出力される
電圧信号を反転して出力するゲートとを具備し半導体の
異常温度上昇を検出することを特徴とした半導体の温度
異常検出装置である。
Claims (1)
- 【請求項１】 半導体部品の内部、パッケージまたはチ
ップに装着され、前記半導体の表面温度上昇によって非
直線性な温度−抵抗特性を示すＰＴＣ効果材と、このＰ
ＴＣ効果材と電気的に直列に接続された固体抵抗と、こ
の固体抵抗と前記ＰＴＣ効果材との接続箇所から引き出
されて電源電圧を分圧し、しかも前記ＰＴＣ効果材の示
す温度−抵抗特性によって出力される電圧信号を反転し
て出力するインバータゲートとを具備し前記半導体の異
常温度上昇を検出することを特徴とした半導体の温度異
常検出装置。
Priority Applications (2)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP4229019A JPH0677397A (ja) | 1992-08-28 | 1992-08-28 | 半導体の温度異常検出装置 |
| US08/113,848 US5477417A (en) | 1992-08-28 | 1993-08-27 | Electronic equipment having integrated circuit device and temperature sensor |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP4229019A JPH0677397A (ja) | 1992-08-28 | 1992-08-28 | 半導体の温度異常検出装置 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH0677397A true JPH0677397A (ja) | 1994-03-18 |
Family
ID=16885482
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP4229019A Pending JPH0677397A (ja) | 1992-08-28 | 1992-08-28 | 半導体の温度異常検出装置 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH0677397A (ja) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US7554173B2 (en) | 2004-12-22 | 2009-06-30 | Mitsubishi Electric Corporation | Semiconductor device |
-
1992
- 1992-08-28 JP JP4229019A patent/JPH0677397A/ja active Pending
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US7554173B2 (en) | 2004-12-22 | 2009-06-30 | Mitsubishi Electric Corporation | Semiconductor device |
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