Brevet FR2841686A1 — publié le 20040102

Domaine de l'invention La présente invention concerne une installation de détection pour un composant électronique, et un composant monolithique ayant au moins une installation de détection. L'invention concerne également un procédé de détection d'un événement de température excessive d'un tel composant. Etat de la technique Les composants électroniques peuvent être détruits par dépassement d'une température de fonctionnement maximale autorisée ou 10 température limite. Même un bref dépassement de la température limite peut détériorer la fiabilité d'un composant de sorte que le composant s'écarte des paramètres spécifiques autorisés pour le fonctionnement. La cause de la défaillance risque le cas échéant de ne pouvoir être mise en relation avec le dépassement antérieur de la température limite. Il ne sera plus possible de déterminer ultérieurement la cause et l'instant de cette défaillance. Pour éviter un dépassement de la température limite, on connaît des installations de détection permettant de mesurer une température de fonctionnement et de la comparer à la température limite. En 20 cas de dépassement de la température limite, on coupe les sources de chaleur dans le composant pour éviter en général la poursuite de l'élévation de température. Une fois le composant refroidi à une température inférieure à la température limite, on pourra de nouveau activer la source de chaleur. De telles installations de détection ont en général une jonction pn par exemple une diode dont le courant de blocage dépendant exponentiellement de la température est utilisé comme courant de base appliqué à un transistor. Le transistor génère une chute de tension sur sa résistance de collecteur ce qui donne un signal de sortie utilisable pour 30 couper la source de chaleur par le signal de sortie dépendant de la température. Toutefois, dans une telle installation de détection, on ne peut vérifier à posteriori s'il y a eu un dépassement de température et si la température limite a été dépassée. Ainsi en cas de défaut on ne peut ex35 dure un endommagement préalable, antérieur par un événement lié à une température excessive. Objet de l'invention La présente invention a pour but de remédier à ces inconvénients et concerne à cet effet une installation de détection du type cidessus, caractérisée en ce qu'elle comprend - un élément de température (D) qui mesure une température et fournit un signal de température (IB), - une installation d'amplification (T) qui reçoit le signal de température (UB) et fournit un signal de sortie (Ic), et - une installation d'enregistrement (F) qui reçoit le signal de sortie (Ic) et dans le cas o la température mesurée dépasse une température limite, enregistre de manière non fugitive un signal de perturbation, l'installation de détection étant à intégration monolithique. L'invention concerne également un composant caractérisé en ce que l'installation de détection et au moins un autre circuit sont inté15 grés de manière monolithique. Enfin, l'invention concerne un procédé caractérisé en ce que pendant l'état de fonctionnement du composant monolithique, une première installation de détection est activée et au cas o une première température de fonctionnement du composant monolithique dépasse une première température limite, on enregistre un premier signal de perturbation dans la première installation de mémoire (Fl) de la première installation de détection, et à la fin de l'état de fonctionnement, pour une température inférieure à la première température limite on vérifie si un signal de perturbation est enregistré dans la première installation d'enregistrement (Fl). Cette installation et ce procédé selon l'invention offrent visà-vis de l'état de la technique, l'avantage de permettre une détection à posteriori d'un événement de température excessive produit pendant le fonctionnement. Cela peut se faire avantageusement avec des moyens en circuits supplémentaires relativement réduits. De plus, on peut vérifier ou garantir avantageusement l'aptitude au fonctionnement de l'installation de détection selon l'invention en vérifiant ou en contrôlant d'autres installations de détection utilisées pendant une mesure finale. L'invention repose sur l'idée de base que dans un intégra35 teur monolithique avec un composant à contrôler et ainsi avec couplage thermique direct des événements de température excessive, pendant le fonctionnement, on pourra non seulement mesurer mais enregistrer dans une installation d'enregistrement (installation de mémoire) non volatil, de préférence de façon irréversible. L'enregistrement non volatil ou fugitif ne permet plus de neutraliser un signal le cas échéant enregistré pendant le fonctionnement. De façon avantageuse, on ne permet ainsi à l'utilisateur du composant aucune application avec laquelle il est possible de remettre à l'état initial, l'état perturbé enregistré. De plus, il peut être prévu de manière avantageuse que l'utilisateur dispose également d'une possibilité pour lire l'installation de mémoire et déterminer par détection s'il y a eu un événement de température excessive. L'enregistrement irréversible selon l'invention concerne des i0 enregistrements qui ne peuvent plus être annulés pendant la poursuite du fonctionnement même lorsqu'on revient en dessous de la température limite. Ces enregistrements ne peuvent plus être neutralisés même dans les applications normales des circuits du composant monolithique. De manière avantageuse, selon une utilisation, aucune application ou pro15 gramme n'est accessible qui permet une détection de l'état de l'installation d'enregistrement ou du contrôle de l'enregistrement d'un signal perturbateur. Cela garantit une grande sécurité de sorte que lors de l'analyse ultérieure du composant, on pourra avoir une information garantie indiquant si un événement de température excessive a excité pendant le fonctionne20 ment ou non. Comme l'installation de détection selon l'invention est alimentée par les bornes d'alimentation en tension du composant semiconducteur, les événements en dehors des temps de fonctionnement ne modifient pas l'état d'enregistrement de l'installation d'enregistrement. Comme installation d'enregistrement irréversible d'un état 25 de perturbation, on peut notamment utiliser un fusible c'est-à-dire un élément ayant un chemin conducteur destructible par exemple en métal ou en polysilicium (silicium polycristallin).On peut également utiliser d'autres éléments qui changent d'état de manière irréversible lorsque soumis à une surintensité comme par exemple une diode Zener qui de30 vient conductrice en cas de surintensité (basculement Zener) ou un isolateur métal-oxyde qui en cas de surintensité devient conducteur (basculement de l'oxyde); en général dans ces composants, le métal est fondu en cas de claquage par la tension de sorte qu'après refroidissement, on aura un chemin conducteur métallique. En variante, on peut également enregistrer en principe dans une mémoire fixe programmable (PROM) qui ne peut être effacée par le fonctionnement du composant. On peut utiliser une mémoire PROM avec plusieurs diodes (réseau de diodes) qui lors de la programmation sont brlées par l'installation d'amplification de l'installation de détection. Comme élément de température on peut avantageusement utiliser une jonction pn montée dans le sens bloqué par exemple une diode montée dans le sens bloqué et dont le courant de blocage augmente de façon exponentielle avec la température et assure ainsi une sensibilité élevée. Comme installation d'amplification on peut utiliser le collecteur d'un transistor bipolaire avec à la place d'une résistance de collecteur, par exemple l'élément d'enregistrement ou de mémoire qui sera coupé en cas 10 de perturbation pour que la tension de sortie prise sur le collecteur fournisse une information concernant l'état de l'élément d'enregistrement. De plus à la place d'un transistor on peut utiliser un commutateur à seuil par exemple un transistor combiné à d'autres composants. Selon l'invention, on peut utiliser dans le composant de 15 détection, plusieurs installations de détection ayant des fonctions différentes comme par exemple une première installation de détection qui enregistre un premier signal de perturbation en cas de dépassement de la température pendant le fonctionnement, une autre installation de détection qui lors de la mesure finale correcte est activée par le fabricant et en20 registre un second signal de perturbation. En outre, on peut prévoir une troisième installation de détection qui, comme la seconde installation de détection, n'est activée que pour la mesure finale et présente un seuil de sollicitation pour enregistrer un signal perturbateur légèrement au- dessus de la température de mesure finale et qui ne doit être détruit ni pendant le fonctionnement ni lors de la mesure finale. Les installations de détection supplémentaires du composant monolithique permettent d'assurer que la dispersion systématique des seuils de sollicitation des installations de détection soit suffisamment faible pour garantir la preuve de l'événement de température excessive en 30 fonctionnement et pour que le contrôle final du composant monolithique ou de la puce intégrée a été effectué à une température de mesure finale correcte. En fonction de cela, une pièce surchauffée pendant le fonctionnement, ayant après la mesure finale correcte, un premier signal perturbateur enregistré et un second signal perturbateur enregistré, alors que le troisième signal perturbateur fera défaut. A la place d'une jonction pn installée dans le sens bloqué, on peut également prévoir une jonction pn dans le sens passant ou par exemple une résistance dépendant de la température et alors le cas échéant, du fait de la moindre sensibilité en température on pourra utiliser des installations d'amplification à plusieurs étages. Dessins La présente invention sera décrite ci-après de manière plus détaillée à l'aide de quelques modes de réalisation représentés dans les dessins annexés dans lesquels: - la figure l est un schéma par blocs d'une installation de détection correspondant à un premier mode de réalisation, - la figure 2 est un schéma par blocs d'une installation de détection d'un autre mode de réalisation, - la figure 3 est un schéma par blocs d'une installation de détection d'un autre mode de réalisation, - la figure 4 est un schéma par blocs d'une installation de détection d'un autre mode de réalisation, - la figure 5 est un schéma par blocs d'un composant semi-conducteur selon l'invention avec plusieurs installations de détection selon l'invention. Description de modes de réalisation Selon la figure 1, une installation de détection comprend un 20 transistor T de type npn avec une diode D branchée dans le sens bloqué entre le branchement de la tension de fonctionnement Ub et la base B du transistor T de sorte que l'anode de la diode D est reliée à la base du transistor. L'émetteur du transistor T est relié à la masse G. Entre la tension de fonctionnement Ub et le collecteur K du transistor T on a un fusible F 25 qui lors du dépassement d'un courant limite brle de manière irréversible par la destruction d'un chemin conducteur. Un courant de blocage IB entre la borne de tension de fonctionnement Ub et la base B du transistor T, comme courant de base lB du transistor T défini par le coefficient d'amplification de courant, le courant de collecteur Ic traversant le fusible 30 F. L'intensité IB dépend ici de façon exponentielle de la température. En cas de dépassement d'une température limite, le courant de collecteur Ic dépasse le courant limite du fusible F qui brle. Cet événement de surintensité peut être vérifié par l'inspection optique du fusible F. La figure 2 montre un mode de réalisation avec un transis35 tor T de type pnp qui correspond pour l'essentiel au mode de réalisation de la figure 1 avec échange des bornes reliées à la tension de fonctionnement. Dans ce mode de réalisation, le transistor T est commandé par le courant de blocage de la diode D lorsque la température est suffisamment élevée et en cas de dépassement d'une température limite, le courant de collecteur Ic traversant le fusible F brle ce fusible F. Dans ce cas également, une vérification optique permet de constater l'événement de surtempérature ou de surintensité. Les modes de réalisation des figures 3 et 4 représentent d'autres installations de détection par rapport au mode de réalisation des figures l et 2, dans lesquels le collecteur K du transistor T fournit par une borne de sortie A, une tension de sortie Ua. Les bornes de sortie A sont reliées en outre par une résistance ohmique R chaque fois à la borne de 10 tension de fonctionnement non reliée au fusible F. Ainsi, sur la borne de sortie A, en cas de fusible F détruit, on aura une tension définie. Dans l'installation de détection de la figure 3, dans l'état de base représenté avec un fusible F conducteur, la borne A sera à la tension de fonctionnement Ub; si le fusible F est détruit, cette borne sera mise à la masse G par 15 la résistance ohmique R. Dans le mode de réalisation de la figure 4, avec l'extension par rapport à la figure 2, selon l'état fondamental représenté, la borne de sortie A sera mise à la masse par l'intermédiaire du fusible F; comme le montre la figure 3, aux bornes de la résistance ohmique R on aura la tension de fonctionnement Ub. En cas de destruction du fusible F, 20 après un événement de surintensité, la borne de sortie A est reliée à la borne de tension de fonctionnement B par l'intermédiaire de la résistance R de sorte que l'on aura Ua = Ub. La figure 5 montre une première installation de détection 1, une seconde installation de détection 2 et une troisième installation de 25 détection 3 avec au moins un autre circuit 5 dont l'état de fonctionnement doit être contrôlé vis-à-vis des événements de surintensité; ces circuits sont intégrés dans un composant monolithique 4. La première installation de détection i et l'autre circuit 5 sont alimentés par une tension de fonctionnement Ub commune et ces circuits sont actifs à l'état de fonctionne30 ment. La seconde installation de détection 2 et la troisième installation de détection 3 ne sont pas actives pendant le fonctionnement par exemple elles ne sont pas reliées à la tension de fonctionnement Ub et ce n'est qu'après une mesure supplémentaire qui ne peut être assurée par le circuit 5 ou par les autres circuits du composant 4 que l'on est branché sur 35 la tension de fonctionnement Ub. En cas d'événement de surtempérature pendant le fonctionnement, comme décrit ci-dessus, la diode Dl construit un signal de température en transistor Tl qui enregistre un signal de perturbation si le fusible Fl brle. Lors de la mesure finale avant la fourniture du composant on active les installations de détection 2 et 3, la première installation de détection 1 étant hors service. La mesure finale est exécutée à une température légèrement supérieure à la température limite de la seconde instal5 lation de détection 2 et légèrement inférieure à la troisième température limite de la troisième installation de détection 3. Si la mesure finale est correcte, on aura enregistré un état de perturbation lié à la destruction du fusible F2 de la seconde installation de détection 2 mais non dans la troisième installation de détection 3. Cela permettra de prouver ultérieure10 ment que la mesure finale a été surfaite à la température prévue et que les points de réponse du fusible de surintensité sont corrects. En variante à ce mode de réalisation, en principe pour la seconde et la troisième installation de détection D2, D3, on peut également utiliser une diode commune D comme élément de température. REVENDICATI ONS ) Installation de détection pour un composant électronique, caractérisée en ce qu'elle comprend - un élément de température (D) qui mesure une température et fournit un signal de température (IB), - une installation d'amplification (T) qui reçoit le signal de température (UB) et fournit un signal de sortie (Ic), et - une installation d'enregistrement (F) qui reçoit le signal de sortie (Ic) et dans le cas o la température mesurée dépasse une température li10 mite, enregistre de manière non fugitive un signal de perturbation, l'installation de détection étant à intégration monolithique. ) Installation de détection selon la revendication 1, caractérisée en ce qu' elle (F) enregistre le signal perturbateur de manière irréversible. ) Installation de détection selon la revendication 2, caractérisée en ce qu' elle (F) présente un état fondamental et un état perturbé et pour enregis20 trer le signal de défaut elle passe de manière irréversible à l'état perturbé. ) Installation de détection selon la revendication 3, caractérisée en ce que l'installation d'enregistrement (F) présente dans son état fondamental, un 25 chemin conducteur destructible de préférence en un métal ou un silicium polycristallin qui sera détruit en cas de perturbation. ) Installation de détection selon la revendication 3, caractérisée en ce qu' à l'état fondamental elle comporte une diode (Zener) ou un isolateur, de préférence un isolateur à oxyde métallique qui, détruit, passe à un état conducteur. 6 ) Installation de détection selon la revendication 1, caractérisée en ce que l'installation de d'amplification (T) commande le courant de sortie (Ic) traversant l'installation d'enregistrement (F) en fonction du signal de température (IB). ) Installation de détection selon la revendication 6 caractérisée en ce que l'installation d'amplification comporte un transistor bipolaire (T) dont le circuit de base est relié à l'élément de température (D) et dont le circuit de collecteur comporte l'installation d'enregistrement (F). 8 ) Installation de détection selon la revendication 7, caractérisée en ce que l'installation d'enregistrement (F) est prévue entre le collecteur (K) du transistor bipolaire (T) et une borne de tension de fonctionnement (Ub, G) . ) Installation de détection selon la revendication 8, caractérisée en ce que le transistor bipolaire (T) est un transistor npn, l'installation 15 d'enregistrement (F) est installée entre la borne positive de tension de fonctionnement (Ub) et le collecteur (K), et l'émetteur (E) du transistor bipolaire est relié à la masse. ) Installation de détection selon la revendication 8, caractérisée en ce que le transistor bipolaire est un transistor pnp (T), l'installation d'enregistrement (F) est branchée entre le collecteur (K) et la borne de masse (G), et l'émetteur (E) du transistor bipolaire (T) est relié à une borne positive de la tension de fonctionnement (Ub). ) Installation de détection selon l'une quelconque des revendications 8 à 10, caractérisée en ce qu' une borne de sortie (A) est reliée au collecteur du transistor bipolaire (T) pour lire une tension de sortie (Ua). ) Installation de détection selon l'une quelconque des revendications 8 à il, caractérisée par une résistance ohmique (R) entre le collecteur (K) du transistor bipolaire (T) et la borne de tension de fonctionnement (Ub, G) non reliée à l'installation d'enregistrement (F). 13 ) Installation de détection selon la revendication 1, caractérisée en ce que l'élément de température est un élément semi-conducteur notamment une diode (D), montée dans le sens bloquant. ) Installation de détection selon la revendication 1, caractérisée en ce que l'élément de température est un semi-conducteur branché dans le sens passant notamment une diode ou une résistance dépendant de la tempé10 rature. ) Composant monolithique ayant au moins une installation de détection selon l'une quelconque des revendications 1 à 14 et au moins un autre circuit, caractérisé en ce que l'installation de détection et au moins un autre circuit sont intégrés de manière monolithique. ) Composant monolithique selon la revendication 15, caractérisé en ce qu' il comporte au moins une première installation de détection (D1) susceptible d'être activée par la borne de branchement de tension (Ub, G), avec une première température limite et une première installation d'enregistrement (Fl) pour une mesure de fonctionnement, et une seconde installation de 25 détection (D2) avec une seconde température limite et une seconde installation d'enregistrement (F2) pour une mesure finale, la seconde installation de détection (D2) étant activée indépendamment de la première installation de détection (Dl) de préférence seulement en dehors de la mesure de fonctionnement et/ou non par l'autre circuit. 17 ) Composant monolithique selon la revendication 16, caractérisé par une troisième installation de détection (D3) avec une troisième température limite et une troisième installation d'enregistrement (F3) pour la me35 sure finale, la troisième température limite étant supérieure à la seconde température limite et la seconde et la troisième installation de détection étant activées en commun. ) Procédé de détection d'événement de surtempérature d'un composant monolithique selon l'une quelconque des revendications 15 à 17, caractérisé en ce que pendant l'état de fonctionnement du composant monolithique (4), une première installation de détection selon l'une quelconque des revendications 1 à 14 est activée et au cas o une première température de fonctionnement du composant monolithique (4) dépasse une première température limite, on enregistre un premier signal de perturbation dans la première installation de mémoire (FI) de la première installation de dé10 tection, et à la fin de l'état de fonctionnement, pour une température inférieure à la première température limite on vérifie si un signal de perturbation est enregistré dans la première installation d'enregistrement (Fl). 19 ) Procédé selon la revendication 18, caractérisé en ce qu' on vérifie un composant monolithique selon l'une quelconque des revendications 16 ou 17 et avant la mise en oeuvre du composant monolithique, on effectue une mesure finale, la première installation de détection n'étant 20 pas activée et la seconde installation de détection (2) étant activée, et de préférence également la troisième installation de détection (3) est activée et on effectue une mesure finale de température au-dessus de la seconde température limite et de préférence en dessous de la troisième température limite, et au cours d'une étape de contrôle suivante, on vérifie si la seconde installation de mémoire (F2) et le cas échéant également la troisième installation de mémoire (F3) contiennent un signal de perturbation.