JPWO2020032213A1 - 半導体装置 - Google Patents
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Abstract
Description
本発明の第1実施形態に係る半導体装置は、図1のブロック図で模式的に示すように、出力素子1及び内部回路11を主要な要素として含むパッケージの構造をしている。内部回路11は、駆動回路4及び保護回路5等を備える。保護回路5は、過電流保護回路12、過熱保護回路13、低電圧保護回路14、過電圧保護回路15等を備える。第1実施形態に係る半導体装置では、過電流保護回路12がパッケージの主リード端子9a及び副リード端子9bに電気的に接続される。主リード端子9aと副リード端子9bとを開放のまま、あるいは短絡することにより、過電流検出の基準値を任意に変更することができるので、過電流保護回路12が「基準値変更回路」として機能する。過電流保護回路12は、図2に示すように、過電流制御部12a及びセンサ回路12b等を有する。センサ回路12bは、センス素子2、「主過電流検出回路(主検出回路))」としての主過電流検出素子3a及び「副過電流検出回路(副検出回路))」としての副過電流検出素子3b等を備え、出力素子1の「異常」としての過電流を検出する。これら主過電流検出素子3a及び副過電流検出素子3bは定電流素子を用いることができる。第1実施形態に係る半導体装置としては、出力素子1及び内部回路11が半導体チップ20に一体構造として構成されたモノリシック集積回路(IC)を例示的に説明する。例示であるので、第1実施形態に係る半導体集積回路を内蔵した半導体装置を、出力素子1及び内部回路11をそれぞれ別の半導体チップに形成したハイブリッドIC等の構成としても構わない。
本発明の第2実施形態に係る半導体装置は、図8に示すように、保護回路5の中の過熱保護回路13が、パッケージの主リード端子9a及び副リード端子9bに電気的に接続される。パッケージの主リード端子9aと副リード端子9bとを開放のまま、あるいは短絡することにより、過熱保護回路13の過熱検出の基準値を任意に変更することができる。第2実施形態に係る半導体装置は、保護回路5の中の過熱保護回路13が主リード端子9a及び副リード端子9bに電気的に接続されて内部回路の基準値が変更できる「基準値変更回路」として機能する点が第1実施形態と異なる。他の構成は第1実施形態と同様であるので重複する記載は省略する。
本発明の第3実施形態に係る半導体装置は、図12に示すように、保護回路5の中の低電圧保護回路14が、パッケージの主リード端子9a及び副リード端子9bに電気的に接続される。パッケージの主リード端子9aと副リード端子9bとを開放のまま、あるいは短絡することにより、低電圧保護回路14の低電圧検出の基準値を任意に変更することができる。第3実施形態に係る半導体装置は、保護回路5の中の低電圧保護回路14が主リード端子9a及び副リード端子9bに電気的に接続されて内部回路の基準値が変更できる「基準値変更回路」として機能する点が第1及び第2実施形態と異なる。他の構成は第1及び第2実施形態と同様であるので重複する記載は省略する。
本発明の第4実施形態に係る半導体装置は、図15に示すように、保護回路5の中の過電圧保護回路15が、パッケージの主リード端子9a及び副リード端子9bに電気的に接続される。主リード端子9aと副リード端子9bとを開放のまま、あるいは短絡することにより、過電圧保護回路15の過電圧検出の基準値を任意に変更することができる。第4実施形態に係る半導体装置は、保護回路5の中の過電圧保護回路15が主リード端子9a及び副リード端子9bに電気的に接続されて内部回路の基準値が変更できる「基準値変更回路」として機能する点が第1〜第3実施形態と異なる。他の構成は第1〜第3実施形態と同様であるので重複する記載は省略する。
上述の第1〜第4実施形態に係る半導体装置においては、過電流保護回路12、過熱保護回路13、低電圧保護回路14、過電圧保護回路15の4つの基準値変更回路が存在する保護回路5を例示した。第1〜第4実施形態に係る半導体装置では、保護回路5中の保護基準値の変更が要求される1つの基準値変更回路に主リード端子9a及び副リード端子9bを電気的に接続させて保護基準値を変更した。過電流保護回路12、過熱保護回路13、低電圧保護回路14、過電圧保護回路15等を含む複数の基準値変更回路を有する保護回路5を作製した後では、保護回路5中の他の基準値変更回路に主リード端子9a及び副リード端子9bを電気的に接続させることはできない。そのため、保護基準値の変更が要求される過電流保護回路12、過熱保護回路13、低電圧保護回路14、過電圧保護回路15等の数と同数の半導体装置の機種を準備しなければならない。要求される過電流保護回路12、過熱保護回路13、低電圧保護回路14、過電圧保護回路15等のすべてを主リード端子9a及び副リード端子9bに電気的に接続可能なようにポリシリコン等のヒューズを用い、ヒューズトリミング技術を適用した半導体装置を作製することも可能である。
また、第1〜第4実施形態に係る半導体装置においては1組の第1検出素子パッド29a及び第2検出素子パッド29bを設けているが、半導体集積回路のチップ表面積を大きくすることが可能であれば、複数の組の検出素子パッドを設けてもよい。2組の検出素子パッドを設ける場合、例えば、図19に示す第5実施形態の変形例1に係る半導体装置のように、過電流保護回路12は、図18に示した第1ヒューズ60a及び第2ヒューズ60bを用いずに第1検出素子パッド29a及び第2検出素子パッド29bに電気的に接続する。一方、過電流保護回路13は図18と同様な第3ヒューズ60c及び第4ヒューズ60dを、それぞれ用いて第3検出素子パッド29c及び第4検出素子パッド29dに電気的に接続する。同様に、低電圧保護回路14は第5ヒューズ60e及び第6ヒューズ60fをそれぞれ用い、過電圧保護回路15は第7ヒューズ60g及び第8ヒューズ60hをそれぞれ用いて、第3検出素子パッド29c及び第4検出素子パッド29dに電気的に接続する。過電流保護回路13、低電圧保護回路14及び過電圧保護回路15のなかの一つの基準値変更回路を第3検出素子パッド29c及び第4検出素子パッド29dに電気的に接続したまま残し、他の2つの基準値変更回路のヒューズを溶断する。このようにして、2つの基準値変更回路が基準値の変更が可能となる。
3組の検出素子パッドを設ける場合、例えば、図20に示す第5実施形態の変形例2に係る半導体装置では、過電流保護回路12及び過電流保護回路13が、図18の第1ヒューズ60a、第2ヒューズ60b、第3ヒューズ60c及び第4ヒューズ60dを用いない。第5実施形態の変形例2に係る半導体装置の過電流保護回路12及び過電流保護回路13は、ヒューズを用いずにそれぞれ第1検出素子パッド29a、第2検出素子パッド29b、第3検出素子パッド29c及び第4検出素子パッド29dに電気的に接続する。低電圧保護回路14は第5ヒューズ60e及び第6ヒューズ60f、並びに過電圧保護回路15は第7ヒューズ60g及び第8ヒューズ60hを、それぞれ用いて第5検出素子パッド29d及び第6検出素子パッド29fに電気的に接続する。低電圧保護回路14及び過電圧保護回路15のいずれか一方を第5検出素子パッド29d及び第6検出素子パッド29fに電気的に接続したまま残し、他方の基準値変更回路のヒューズを溶断する。このようにして、3つの基準値変更回路が基準値の変更が可能となる。
更に、図21に示す第5実施形態の変形例3に係る半導体装置のように、複数の基準値変更回路のそれぞれに電気的に接続する検出素子パッドを設けてもよい。過電流保護回路12に第1検出素子パッド29a及び第2検出素子パッド29bが電気的に接続される。過電流保護回路13に第3検出素子パッド29c及び第4検出素子パッド29dが電気的に接続される。低電圧保護回路14に第5検出素子パッド29d及び第6検出素子パッド29fが電気的に接続される。過電圧保護回路15に第7検出素子パッド29g及び第8検出素子パッド29hが電気的に接続される。
上記のように、本発明の第1〜第5実施形態に係る半導体装置を記載したが、明細書の一部をなす実施形態等の論述及び図面は本発明を限定するものであると理解すべきではない。本発明の明細書や図面の開示から当業者には様々な代替実施形態、実施例及び運用技術が明らかとなろう。
1T…出力トランジスタ
1D…内蔵ダイオード
2…センス素子
2T…センストランジスタ
2D…内蔵ダイオード
3a…主過電流検出素子
3b…副過電流検出素子
3c…過電流検出素子
4…駆動回路
5…保護回路
6…電源用リード端子
7…入力用リード端子
8…出力用リード端子
9a…主リード端子
9b…副リード端子
10…接地配線または内部グランド配線
10p…接地配線パッド
11…内部回路
12…過電流保護回路
12a…過電流制御部
12b…センサ回路
13…過熱保護回路
13a…温度制御部
13b…センサ回路
14…低電圧保護回路
14a…低電圧制御部
14b…センサ回路
15…過電圧保護回路
15a…過電圧制御部
15b…センサ回路
19a,19b、19c,19d,19e、19f,19g,19h…接続ノード
20…半導体チップ
21…表面電極パッド
22a、22b、22c…主過熱検出回路(温度センサ)
22d…副過熱検出素子(温度センサ)
23…定電流素子
25…負荷
27…入力パッド
29a,29b,29c,29d,29e,29f,29g,29h…検出素子パッド
30…接地端子
32a,32b,32c…主低電圧検出回路(抵抗素子)
32d…副低電圧検出回路(抵抗素子)
37…配線材
40…パッケージ
52a,52b,52c…定電圧素子
52d、52e…整流素子
60a,60b,60c,60d,60e,60f,60g,60h…ヒューズ
Claims (16)
- 電源側主電極に電気的に接続される電源側電極領域と出力側主電極に電気的に接続される出力側電極領域を有し、前記電源側電極領域と前記出力側電極領域の間に主電流を流す出力素子と、
異常を検出するセンサ回路を有する内部回路と、
前記出力素子及び前記内部回路を内蔵し、且つ主リード端子及び副リード端子を有するパッケージと
を備え、
前記主リード端子は、前記センサ回路を構成する主検出回路の配線中の中間ノードを電気的に外部に引き出し、
前記副リード端子は、前記主検出回路から分離可能な副検出回路の端子を電気的に外部に引き出し、前記外部において前記主リード端子に電気的に接続可能であり、
前記主リード端子と前記副リード端子の接続状態により、前記センサ回路の回路接続を変更して、前記内部回路の少なくとも一部が、前記異常を検出する基準値を変更する基準値変更回路として機能する半導体装置。 - 前記出力素子及び前記内部回路を集積化した半導体チップの上面に設けられ、前記主検出回路の前記中間ノードに電気的に接続されたパッドが前記主リード端子に電気的に接続され、
前記半導体チップの上面に設けられ、前記副検出回路の前記端子に電気的に接続されたパッドが前記副リード端子に電気的に接続されることを特徴とする請求項1に記載の半導体装置。 - 前記内部回路が、前記出力素子の制御電極に電気的に接続された駆動回路を更に有することを特徴とする請求項1又は2に記載の半導体装置。
- 前記センサ回路が、
前記出力素子の前記電源側電極領域に電気的に接続された一方の主電極領域を有するセンス素子と、
前記センス素子の他方の主電極領域に陽極が電気的に接続された主過電流検出素子と、
前記主過電流検出素子の陰極と自己の陰極を共通にした副過電流検出素子
を有し、
前記内部回路が、前記出力側電極領域及び前記主過電流検出素子の前記陽極にそれぞれ電気的に接続される2つの入力端子を有し、前記異常として過電流を検出する過電流制御部を更に有し、
前記主リード端子には前記主過電流検出素子の前記陽極が電気的に接続され、前記副リード端子には前記副過電流検出素子の陽極が電気的に接続されることを特徴とする請求項1〜3のいずれか1項に記載の半導体装置。 - 前記主リード端子及び前記副リード端子を開放にしたとき前記センサ回路は、前記主過電流検出素子に流れ込む電流値を基準値とし、前記主リード端子及び前記副リード端子を前記外部において短絡したとき前記センサ回路は、前記主過電流検出素子及び前記副過電流検出素子のそれぞれに流れ込む電流値の和を基準値とし、前記出力側電極領域から外部の負荷に流れる出力電流と前記基準値とを、前記過電流制御部が比較して過電流を回復するように制御することを特徴とする請求項4に記載の半導体装置。
- 前記内部回路が、前記異常としての加熱を検出する温度制御部を更に備え、
前記センサ回路は、
前記電源側電極領域に電気的に接続された陽極を有する定電流素子と、
前記定電流素子の陰極に陽極が電気的に接続された主過熱検出回路と、
前記主過熱検出回路の陰極に電気的に接続された陽極を有する副過熱検出素子と
を有し、
前記温度制御部は、前記主過熱検出回路の前記陽極に電気的に接続され、
前記主リード端子には、前記主過熱検出回路と前記副過熱検出素子の接続ノードが電気的に接続され、前記副リード端子には前記副過熱検出素子の陰極が電気的に接続されることを特徴とする請求項1〜3のいずれか1項に記載の半導体装置。 - 前記主リード端子及び前記副リード端子を開放にしたとき前記温度制御部は、前記定電流素子から定電流を流しながら測定した前記主過電流検出素子と前記副過熱検出素子との直列接続による順方向電圧の測定値を、前記主リード端子及び前記副リード端子を前記外部において短絡したとき前記温度制御部は、前記定電流素子から定電流を流しながら測定した前記主過電流検出素子による順方向電圧の測定値を、それぞれ基準値と比較して前記過熱を回復するように制御することを特徴とする請求項6に記載の半導体装置。
- 前記センサ回路は、一端が前記電源側電極領域に電気的に接続された第1抵抗素子、該第1抵抗素子に一端に直列接続された第2抵抗素子、該第2抵抗素子に直列接続された第3抵抗素子、該第3抵抗素子に直列接続された第4抵抗素子を有し、
前記内部回路が、前記第2抵抗素子と前記第3抵抗素子の接続ノードに電気的に接続され、前記異常としての低電圧を検出する低電圧制御部を更に備え、
前記主リード端子が前記電源側電極領域に電気的に接続され、
前記副リード端子が、前記第1抵抗素子と前記第2抵抗素子の接続ノードに電気的に接続されることを特徴とする請求項1〜3のいずれか1項に記載の半導体装置。 - 前記主リード端子及び前記副リード端子を開放にしたとき前記低電圧制御部は、前記第1抵抗素子と前記第2抵抗素子の直列接続抵抗値と、前記第3抵抗素子と前記第4抵抗素子の直列接続抵抗値との分圧比で決定される電圧値を、前記主リード端子及び前記副リード端子を前記外部において短絡したとき前記温度制御部は、前記第2抵抗素子の抵抗値と、前記第3抵抗素子と前記第4抵抗素子の直列接続抵抗値との分圧比で決定される電圧値を、それぞれ予め設定された低電圧検出の基準値と比較して前記低電圧を回復するように制御することを特徴とする請求項8に記載の半導体装置。
- 前記電源側主電極に電気的に接続される電源用リード端子を有し、
前記主リード端子が電源用リード端子であることを特徴とする請求項8または9に記載の半導体装置。 - 前記センサ回路は、
前記電源側電極領域に電気的に接続された一方の端子を有する第1センス素子と、
前記第1センス素子の他方の端子に一方の端子が電気的に接続された第2センス素子と、
前記電源側電極領域に陰極が電気的に接続され、前記第1センス素子の前記他方の端子に陽極が電気的に接続された第1検出素子と、
前記第2センス素子の他方の端子に陰極が電気的に接続された第2検出素子と、
該第2検出素子の陽極に陰極が電気的に接続された第3検出素子と、
該第3検出素子の陽極に陽極が電気的に接続された第4検出素子と、
該第4検出素子の陰極に陽極が電気的に接続された第5検出素子を有し、
前記内部回路が、前記第1センス素子と前記第2センス素子の接続ノードに電気的に接続され、前記異常としての過電圧を検出する過電圧制御部を更に備え、
前記主リード端子には前記第4検出素子と第5検出素子の接続ノードが電気的に接続され、前記副リード端子には前記第5検出素子の陰極が電気的に接続されることを特徴とする請求項1〜3のいずれか1項に記載の半導体装置。 - 前記主リード端子及び前記副リード端子を開放にしたとき前記過電圧制御部は、前記第2及び第3検出素子による逆方向耐圧と、前記第4及び第5検出素子による順方向電圧との総和の電圧値を過電圧検出の基準値とし、前記主リード端子及び前記副リード端子を前記外部において短絡したとき前記過電圧制御部は、前記第1及び第2検出素子による逆方向耐圧と、前記第4検出素子による順方向電圧との総和の電圧値を過電圧検出の基準値とし、それぞれ前記過電圧を回復するように制御することを特徴とする請求項11に記載の半導体装置。
- 前記内部回路と電気的に接続される接地端子を有し、
前記副リード端子が接地端子であることを特徴とする請求項11または12に記載の半導体装置。 - 前記内部回路が、前記異常とは異なる物理パラメータの他の異常を検出する他のセンサ回路を有する他の基準値変更回路と、
前記他のセンサ回路を構成する第2の主検出回路の配線中の中間ノードを電気的に外部に引き出す他の主リード端子と、
前記他のセンサ回路の前記第2の主検出回路から分離可能な第2副検出回路の端子を電気的に外部に引き出す他の副リード端子と、
を更に備えること特徴とする請求項1〜3のいずれか1項に記載の半導体装置。 - 前記内部回路が、前記異常とは異なる物理パラメータの他の異常を検出する他のセンサ回路を有する他の基準値変更回路と、
前記センサ回路を構成する主検出回路の配線中の中間ノードを前記主リード端子に電気的に接続する第1ヒューズと、
前記センサ回路の前記副検出回路の端子を前記副リード端子に電気的に接続する第2ヒューズと、
前記他のセンサ回路を構成する第2の主検出回路の配線中の中間ノードを前記主リード端子に電気的に接続する第3ヒューズと、
前記他のセンサ回路の前記第2の主検出回路から分離可能な第2の副検出回路の端子を前記副リード端子に電気的に接続する第4ヒューズと、
を更に備えること特徴とする請求項1〜3のいずれか1項に記載の半導体装置。 - 前記内部回路が、前記異常とは異なる物理パラメータの他の異常を検出する他のセンサ回路を有する他の基準値変更回路と、
前記他のセンサ回路を構成する第2の主検出回路の配線中の中間ノードを電気的に外部に引き出す他の主リード端子と、
前記他のセンサ回路の前記第2の主検出回路から分離可能な第2の副検出回路の端子を電気的に外部に引き出す他の副リード端子と、
を更に備えること特徴とする請求項1〜3のいずれか1項に記載の半導体装置。
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