JPS59171224A - 集積回路 - 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】 （発明の属する技術分野） 本発明は集積回路（以下Ｉ　Ｃという。）、特にＣＭＬ
Ｍ路（６流切換型論理回路）からなり、その動作温度の
極端な上昇に伴うＩＣの故障防止対策を施したところの
ＩＣに関する。

（従来技術） 一般に集積回路の信頼度は、その創作時温度Ｔｊ（通常
ＴｊはＩＣを形成するトランジスタやダイオードの接合
温度Ｔ」として定義される。）（非動作時においては保
存温度Ｔ　ｓｔｇ　、）の絶対温度の逆数の指数関数に
比例することか良く知られている。このためＩＣは絶対
最大定格としてそのＩＣの創作時温度Ｔｊが許容される
最高温度Ｔｊｍａｘをこえないためと、ＩＣの特、性を
保証するために動作さぜ得る周囲温度として定義される
動作温度範囲の最大値Ｔ　ｏｐｔ　ｍａＸと、保存温度
の最大値Ｔ　ｓｔｇ　ｍａＸを規定している。ずなわち
ＩＣのメーカはこれらの規定値を守れば所与のイイ頼度
か得られるようＩＣの設計・製造を行い、一方ユーザは
これらの規定値内でＩＣを動作あるいは保存させなけれ
は所与の信頼度を得ることかできない。

しかるに、最近におけるｉＣの高速化、高密度化の進展
に伴いＩＣの微細化が極度に進むとともに、ポリシリコ
ンなどの新しい材料が盛んに使われるようになっている
。例えはポリシリコンによる抵抗は負の温度係数をイｊ
しているので、ＣＭ　Ｌ回路のように動作電流したかっ
て消費屯力か大きい場合には、熱暴走に陥り易く、動作
時温度Ｔ　ｊがある値を越すさ、電源′屯流が急宿し、
電源回路のアルミニウムの如き金属配線がマイグレーシ
ョンにより断線したり、場合によっては接合の焼損によ
りＩ　Ｃの破壊を招くことになる。−一方、産業界のエ
レクトＩコニクス化の急速な進展により、ＩＣのニー′
す゛が拡大され、その智識不足からＩＣを前述の規定温
度範囲内で取扱うこ吉が必ずしも守られず、ＩＣを高温
度にして破壊してしま・うという事例が増している。

かかる問題点に対処して、動作時にＴＣが破壊するよう
な高温度になった場合、その温度を検出して、ＩＣの動
作を温度が正常に戻るまで一時中止させることか考えら
れる。

このような従来例としでは、′１゛ＴＬ回路を用いたグ
ーート回路において、副１度センサ回路により、ＩＣの
動作時温度′Ｊ″Ｊか約１５０℃以上になるとゲート金
高インピータンス状態として動作を中止させるこ古か知
られている。しかし、この方法ては出力ゲ゛−ト回路の
′成力が消費′電力の大−半をしめる小規模集積回路に
は効果的であるが、内部論理ゲート欣の多いＬＳＩ以上
の・ＩＣとなると、出力ゲ゛−ト回路のみ＠心力を低下
させたとしても、その効果は小さく、ＩＣ全体の保護に
は必ずしもなっていない。更に、前述のようにこの問題
の最もシビアなＣＭＬ回路については、未だ適切な対策
か施されていない。

（発明の目的） 本発明の目的は、前述のかかる問題点に対処して、ＴＣ
が所定の動作時温度以上になると、定電流発生電源回路
の能力を低下さすことにより、ＩＣ全体が故障するこ吉
のないようにしたところのＣＭＬＭ路からなる高信頼度
な・ＩＣを提供することにある。

（発明の構成） 本酋明のＩＣは、ＣＭ、　Ｌ回路からなる集積回路にお
いて、４集積回路の動作時温度が所定の温度以上に上昇
したことを検出］る温度検出手段と。

該温ｊ史侠出千設の出力により前記Ｃ１＼４Ｌ回路内の
定電流発生電源回路の能力を低下させる電源制御手段と
を含むことからなっている。

（実施例） 以下本発明について図面を参照して詳細に説明する。

第１図は本発明の一実施例のＩＣの要部を示す回路図で
ある。ＣＭ　Ｌデー１回路１〜３、その定心流発生用の
定電圧電源回路４、温度センサ回路５及び定電圧電源回
路１！：ｉ’ａ度センサ回路５との結合回路６を含むこ
とから本実施例はなっている。

ＣＭＬケート回路】〜３は、ケート入カトランジスタＱ
１１．基準ゲートトランジス′−響、□及び抵抗■ｔ、
、、　　■ｔ、２からなる一般的なもので、トランジス
タＱ＋３はそのベースを電源回路４からの定′ｉ＋ｔ、
圧■ｃ８で駆動することにより抵抗Ｒ１３とにより所定
の定電流を発生しゲート回路に供給している。

定電圧電源回路４はトランジスタＱ２１〜Ｑｚ４・及び
抵抗１（，２□〜■ｔ２８からなっており、トランジス
タＱ２３のエミッタを出力端■として定電圧ＶＣ３を発
生しＣいｉ：、　、この回路は通常のものであるので詳
しい説明は省略する。

温度センサ回路５は、ベースが抵抗Ｒ１を介して（＋）
電源端子■。０にエミッタ”がタイオーＦＤ１を介して
（−）電源端子ＶＥＦ、にコレクタが抵抗Ｒ２及びＲ３
を介してＶ。Ｃにそれぞれ接続されたトランジスタＱ１
と、ベースが抵抗Ｒ２の一端にエミッタかダイオードＤ
２を介してＶＥＥにコレクタが抵抗Ｒ４を介してｖｃｏ
端子にそれぞれ接続されたトランジスタＱ２とからなっ
ている。

結合回路６はカソードかセンサ回路５の出力端であるト
ランジスタＱ２のコレクク点［Ｆ］に接続され、アノー
ドか抵抗Ｒ５を介して゛−電源回路の抵抗”’２７　＋
　　”２８とトランジスタＱ２３のベースの接続点（β
）に接続されることでなρている。

次に本実施例の＋Ｊｊ作を説明する、 まず、温度センサ回路５の動作を説１す１する。通常状
態においてはトランジスタＱ１はオン状態、トランジス
タＱ２はオフ状態にセットされている。

すなわちトランジスタＱ２のベース０点の＋、ｊ　ｆＥ
をＶ■とすると、・世源ＤｊｌＡ子■お。を基準さして
。

ｖＯ−ＶＤ（Ｄ、）＋ｖＣＥ（Ｑｌ）＋■Ｒ（Ｒ，＊　
　　＋＋＋　　（：ｔ）ｖ■〈〜’Ｄ（Ｄ２）　＋■Ｂ
Ｅ（Ｑ２）　　　　　　　　−（２）なる関係が成立し
ている。ただし、ＶＤゆ、）、Ｖ。

（Ｄ２）はそれぞれダイオードＤ１．Ｄ２　の順方向電
圧、■ｏお（Ｑｌ）はトランジスタＱ１のコレクタ・エ
ミッタ間′電圧、■Ｂユ、２）はトランジスタＱ２のベ
ース・エミッタ間電圧、ＶＲ（Ｒ２）は抵抗Ｒ２の電圧
降下である。

ところで、（１）式で与えられる■■はＶＤ（Ｄ□）と
ＶＣＦ、（Ｑｌ）は負の温度依存性、ＶＲ（Ｒ，）は正
の＠度は小さく、ＩＣの動作時温度Ｔｊが上昇してもそ
の変化は小さくほぼ一定である。一方（２）式において
右辺のＶＤ（Ｄ２）＋■ＢｌＩ、（Ｑ□）は比較的大き
な負の温度依存性を有している（約−４ｍＶ／℃以上）
ので、ＩＣの動作時温度ＴＪがある臨界温度Ｔｃよりも
高くなると（２）式の不等号が逆転し、これに伴いトラ
ンジスタＱ２がオン状態となる。

この結果、センス回路５の出力′電圧■■は電源電圧■
ｃｃから次式で定まる■のＬ才で低下する。

■ｏｔ、　＝ＶＤ　（Ｄ２）−”　■ｃｚ（Ｑ２）　　
　　　　−（３）ただしｂ　ＶＣＦ（Ｑ２）はトランジ
スタＱ２のコレクタ・エミッタ間電圧である。

ずなわち、このセンサ回路５の出力電圧Ｖ、は、Ｔｊが
Ｔｃより低いときはＶ。いＴｊがＴｃ以上のときは（３
）式で与えられる値まで低下することでＴｃを検出して
いることになる。

次に、このセンス回路５の出力′電圧Ｖｏの変化を受け
て、電源回路４の出力電圧ＶＣ８が低下する動作を説明
する。ＶＯ２はトランジスタＱ２３のベース電圧を■＠
（点◎の電圧）、ベース・エミッタ間電圧をｖＢＥ（Ｑ
２．）とすると次式で与えられる。

ｖｃＳ＝ｖ■−ＶＢＥ（Ｑ２３）　　　　　　　　”・
　（４）従ってＢ　ＶＯ８を低下させるには■＠を低下
させれば良いことになる。

ところで、センサ回路５と電源回路４とはダイオードＤ
３と抵抗Ｒ５の直列回路からなる結合回路６で点［Ｆ］
と点■とが接続されているので、ＴｊがＴｃより低くセ
ンサ回路５の出力電圧■のがほぼ■。０である間は、ダ
イオードＤ３が逆方向にバイアスされてオフ状態となり
′電源回路４にはなんら影響を与えない。しかし、Ｔｊ
がＴｃより高くなり■ｃが■ΦＬ　（（３）式参照）に
なると、ダイオードＤ３がオン状態となり％　ｖＣＣ端
子より抵抗１１２７１Ｒ５、ダイオードＤ８、トランジ
スタＱ２％　ダイオードＪ）２をとおして電流が流れる
ようになり。

■■は次式で与えられるＶ＠１となる。

■■Ｌ″″■０１、−１−　ＶＤ（Ｄ３）　＋　ＶＲ（
Ｒ，）　　　　　−（５）ただし、ＶＤ（Ｄ、ｌ）はダ
イオード１）３の順方向電圧。

Ｖ　Ｒ（Ｒ５）は抵抗Ｒ５の電圧降下である。そこで。

この■■１の値をＴｊがＴｃ以下のときの■■の値より
も小さくなるように設定することにより、電源回路４の
出力電圧ＶＣ８を低下させることかできる。

一例をあげると、通常状態で、■＠−２，５Ｖ。

Ｖｏｓ＝１．７Ｖのものが、Ｔｃ＝１５０℃では、　Ｖ
、。

＝２．ＯＶ、　　ＶｃＳ＝１．ＩＶとなる。（ただし、
Ｒ５〜３へ供給される定電流の値もそれにつれて低減さ
れ１．（■■の値９設定によってはトランジスタＱ２３
がオフ状態となり電源回路は断となる。）ＩＣ全体の消
費電流を抑制することにより、ＩＣの動作時温度の上昇
、従ってそれに伴うＩＣの破壊を防止することができる
。

具体的には、臨界温度Ｔｅとしては、ＩＣがそのまま動
作しつづければ、マイグレーションの発生による寿命低
下、あるいは、熱暴走による素子破壊を引き起す温度（
例えばＴ　ｊ　ｍａＸ　＝　１５０℃）にとり、Ｖ、と
■■の関係を次のように設定すれば良い。

’％Ｌ＋ＶＤ（Ｄ３）　＋■Ｒ（Ｒ，））　　（Ｔｊ’
−”Ｔｃ　）　＜Ａへ（Ｔｊ　＝”　ｊｔｙｐ　）　　
　　　　　　　　　・・・　（６）ただし、ＴＪｔｙｐ
は通常動作時温度である。

すなわち、（６）式の条件下においては、ＩＣの動作時
温度Ｔｊか臨界温度゛ｒｃに達すると自動的に電源回路
の能力が低下し、それにつれてＩＣ全体の消費電流が抑
制されるので、従来のように電源回路の金属配線がマイ
グレーション等により断線しＩＣが破壊するというよう
なことか無くなる。

以上の説明においては、実施例として代表的なものをあ
げるにとどめたけれども、本発明は何も本実施例に限定
されることはなく、ＩＣの動作時温度が臨界温度以−ト
に上昇したことを検出する適切な温度検出手段とこの温
度検出手段の出力によっでＣＭＩ、回路内の定電流発生
電源回路の能力を低下させる適切な制御手段とを含むこ
とで構成できることは言うまでもない。

（発明の効果） 以上詳細に説明したとおり、本発明のＩＣは。

ＩＣのｉ作時温度がＩＣを破壊するような臨界温度風上
達したとき、そのことを検出してＣＭＬ回路内の定電流
発生電源回路の能力を低下さぜる制御手段を備えている
ので、従来のようにＩＣか破壊等で故障することが無く
なり、高信頼度のＩＣが得られるという効果を有してい
る。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の一実施例の要部を示す回路図である。 掠］において、　　１．２．　３・・・・・・ＣＭＬゲ
ート回路、４・・・・・定電圧電源回路、５・・・・・
・温度センサ回路。 ６・・・・・・結合回路−Ｑ１〜Ｑ２．　Ｑｉ□〜Ｑ１
□、Ｑ２１〜Ｑ２４・・・・・、ＮＰＮｌ−ランジスタ
、Ｄ１〜Ｄ３・・・・・・ダイオード、几、〜”５＋　
　”１□〜Ｒ１３、”２１〜１（２８・・・・・・。 抵抗％　ＶＣＣＩ　■Ｅ。・・・・・・電源。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. ＣＭ　Ｌ回路からなる集積回路において、該集積回路の
   創作時温度か所定の温度以上に上昇したことを検出する
   温度検出手段と、該温度検出手段の出力により前記ＣＭ
   　Ｌ回路内の定電流発生電源回路の能力を低下させる電
   源制御手段とを含むことを特徴とする集積回路。