(57)【要約】【課題】パワーＭＯＳＦＥＴやＩＧＢＴの温度を短時間に検出するパワートランジスタ温度保護装置の提供を目的とする。【解決手段】パワーＭＯＳＦＥＴのソース電極となるシリコンチップ３５上にパワーＭＯＳＦＥＴ５のドレイン高耐圧領域を支配するＮ−形不純物領域４１と温度検知トランジスタ３のコレクタ高耐圧領域を形成する−不純物領域４２を形成し、−不純物領域４２の周辺にパワーＭＯＳＦＥＴ５と温度検知トランジスタ３とを絶縁分離するＮ＋高濃度不純物領域４３を形成して温度検知トランジスタ３で近接したパワーＭＯＳＦＥＴ５の温度を短時間に検出する。【選択図】図２
2006100690.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
シリコンチップの裏面がドレインとして形成されたシリコンパワーＭＯＳＦＥＴと、
前記シリコンパワーＭＯＳＦＥＴと同体のシリコンチップ上に形成され前記シリコンパワーＭＯＳＦＥＴとは電気的に絶縁されたある一定の面積のベース領域とエミッタ領域とを有する温度検知検知トランジスタと、
前記シリコンパワーＭＯＳＦＥＴとは別体の実装基板上に形成され前記温度検知トランジスタのベースとエミッタとの間のベース・エミッタ間電圧が所定の電圧になったことを検出するベース・エミッタ電圧検出部とを備え、
前記ベース・エミッタ電圧検出部は前記温度検知検知トランジスタのベース・エミッタ間電圧の電圧オフセットを調整できるバイアス抵抗を有し前記温度検知トランジスタのベース・エミッタ間電圧から前記シリコンパワーＭＯＳＦＥＴが前記バイアス抵抗で任意に設定する所定の温度になったことを検出することを特徴とするパワートランジスタ温度保護装置。
【請求項２】
シリコンチップの裏面がドレインとして形成されたシリコンパワートランジスタと、
前記シリコンパワートランジスタとは別体のシリコンチップ上に形成され前記シリコンパワートランジスタのドレインと電気的に同電位で熱的に密結合されたコレクタ領域と電気的に絶縁されたある一定の面積のベース領域とエミッタ領域を有する温度検知トランジスタと、
前記シリコンパワートランジスタと前記温度検知トランジスタとは別体の実装基板上に形成され前記温度検知トランジスタのベースとエミッタとの間のベース・エミッタ間電圧が所定の電圧になったことを検出するベース・エミッタ電圧検出部とを備え、
前記ベース・エミッタ電圧検出部は前記温度検知検知トランジスタのベース・エミッタ間電圧の電圧オフセットを調整できるバイアス抵抗を有し前記温度検知トランジスタのベース・エミッタ間電圧から前記シリコンパワートランジスタが前記バイアス抵抗で任意に設定する所定の温度になったことを検出することを特徴とするパワートランジスタ温度保護装置。
【請求項３】
前記パワートランジスタはシリコンパワーＭＯＳＦＥＴである請求項２記載のパワートランジスタ温度保護装置。
【請求項４】
前記パワートランジスタはシリコンパワー絶縁ゲートバイポーラトランジスタ（ＩＧＢＴ）ある請求項２記載のパワートランジスタ温度保護装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、パワーＭＯＳＦＥＴやＩＧＢＴの温度を短時間に検出するパワートランジスタ温度保護装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
パワートランジスタ温度保護装置は、電力制御分野で使用されるパワートランジスタの重要な保護機能として様々な形で組み入れられている。従来、この種のパワートランジスタ保護装置としては、例えば、特許文献１に記載されているようなものがあった。
【０００３】
図５は上記特許文献１に記載された従来のパワートランジスタ温度保護装置を示している。
【０００４】
図５において、ＮＰＮタイプのシリコンチップ１は、ベース領域とエミッタ領域が二重拡散プロセスで形成され、シリコンチップ１上にはパワートランジスタ部２、温度検知トランジスタ３が形成され、パワートランジスタ部２は、コレクタ端６、ベース端７、エミッタ端８を有し、温度検知トランジスタ３は、ベース端９、エミッタ端１０を有し、温度検知トランジスタ３のコレクタ端はパワートランジスタ部２のコレクタ端６と共通であり、銅材で形成されている。
【０００５】
ＮＰＮタイプのシリコンチップ１とは別体のシリコンチップで形成されたＩＣ集積回路部１２には、温度補正されたバンドギャップリファレンスで構成された電圧源１４を有し、この電圧源１４に検出温度設定用の抵抗器１５、１６およびダイオード接続されたトランジスタ１３がグランドとの間に接続されている。また定電流源１８に接続されたトランジスタ１７、電圧源１４は、抵抗器１５、１６、ダイオード接続されたトランジスタ１３とともにベース・エミッタ電圧検出部１９を形成している。
【０００６】
このＩＣ集積回路部１２の第１の入力端２２を経由して温度検知トランジスタ３のエミッタ端１０が接続され、第２の入力端２３には温度検知トランジスタ３のベース端９が接続されている。
【０００７】
トランジスタ１７のコレクタ出力は温度検出出力トランジスタ２０のベースに接続され、トランジスタ２０のコレクタには出力端２６が接続され、また電源端２６との間に出力端のプルアップ抵抗２１が接続されている。
【０００８】
シリコンチップ１の端子１０とＩＣ集積回路部１２の基準グランド端２４との間には電圧オフセット調整用の抵抗器１１が接続されている。
【０００９】
そして、シリコンチップ１とＩＣ集積回路部１２は、図示しない混成集積回路実装基板上に形成されている。
【００１０】
以上のように構成された従来のパワートランジスタ温度保護回路装置について、以下その動作を説明する。
【００１１】
まず、図示しない混成集積回路実装基板上のシリコンチップ１に形成されたパワートランジスタ部２は、図示しない電力制御回路の制御部分に使用される。この時発生するコレクタ損失は発熱として、シリコンチップ１から銅材で形成されたコレクタ端６を伝達して放熱する。一方この発熱は同一のシリコンチップ１上にある温度検知トランジスタ３にも伝達される。この熱の到達時間は一般的には数十ミリセカンド以内に伝達される。この発熱で温度検知トランジスタ３のベース・エミッタ間電圧（ＶBE）は、温度に対してほぼ直線的（約−２ｍＶ〜−２．５ｍＶ／℃）に変化するので、良好な温度センサーとしての働きをする。検出温度設定用抵抗１５、１６と外部の電圧オフセット調整用抵抗１１の設定で決まる所定の温度に到達すると、温度検出出力端２６がオフ状態からオン状態（Ｌ→Ｈ）となるように動作してパワートランジスタ２の温度上昇を検出する。
【特許文献１】特許第３０４２２５６号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１２】
しかしながら、特許文献１において明らかなように、図５で示した従来の例はバイポーラパワートランジスタの温度保護装置に限定されていたため、パワーＭＯＳＦＥＴやシリコンパワー絶縁ゲートバイポーラトランジスタ（ＩＧＢＴ）の温度保護装置までに適用することができず、より高速な電力制御分野への応用には限界があった。
【００１３】
本発明は、上記課題に対応するために、パワーＭＯＳＦＥＴやＩＧＢＴに近接して温度検知トランジスタを形成させ、この温度検知トランジスタの、ある一定の面積のベース領域とエミッタ領域はパワーＭＯＳＦＥＴやＩＧＢＴと電気的に絶縁されていることにより、パワーＭＯＳＦＥＴやＩＧＢＴの温度を数十ミリセカンドから数百ミリセカンドの短時間に検出できるので、過大な電力印加によってシリコンパワーＭＯＳＦＥＴやＩＧＢＴが熱破壊される臨界温度以下の検出ができる優れた温度センサを可能にし、チップ破壊を未然に防止するパワートランジスタ温度保護装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１４】
上記従来の課題を解決するため、本発明のパワートランジスタ温度保護装置は、パワーＭＯＳＦＥＴまたはＩＧＢＴに近接して、パワーＭＯＳＦＥＴまたはＩＧＢＴとは電気的に絶縁されたある一定の面積のベース領域とエミッタ領域を有する温度検知トランジスタを形成したものである。
【００１５】
さらに詳細には、本発明のパワートランジスタ温度保護装置は、シリコンチップの裏面がドレインとして形成されたシリコンパワーＭＯＳＦＥＴと、前記シリコンパワーＭＯＳＦＥＴと同体のシリコンチップ上に形成され前記シリコンパワーＭＯＳＦＥＴとは電気的に絶縁されたある一定の面積のベース領域とエミッタ領域とを有する温度検知検知トランジスタと、前記シリコンパワーＭＯＳＦＥＴとは別体の実装基板上に形成され前記温度検知トランジスタのベースとエミッタとの間のベース・エミッタ間電圧が所定の電圧になったことを検出するベース・エミッタ電圧検出部とを備え、前記ベース・エミッタ電圧検出部は前記温度検知検知トランジスタのベース・エミッタ間電圧の電圧オフセットを調整できるバイアス抵抗を有し前記温度検知トランジスタのベース・エミッタ間電圧から前記シリコンパワーＭＯＳＦＥＴが前記バイアス抵抗で任意に設定する所定の温度になったことを検出することを特徴とするものである。
【００１６】
また本発明のパワートランジスタ温度保護装置の別の態様として、シリコンチップの裏面がドレインとして形成されたシリコンパワートランジスタと、前記シリコンパワートランジスタとは別体のシリコンチップ上に形成され前記シリコンパワートランジスタのドレインと電気的に同電位で熱的に密結合されたコレクタ領域と電気的に絶縁されたある一定の面積のベース領域とエミッタ領域を有する温度検知トランジスタと、前記シリコンパワートランジスタと前記温度検知トランジスタとは別体の実装基板上に形成され前記温度検知トランジスタのベースとエミッタとの間のベース・エミッタ間電圧が所定の電圧になったことを検出するベース・エミッタ電圧検出部とを備え、前記ベース・エミッタ電圧検出部は前記温度検知検知トランジスタのベース・エミッタ間電圧の電圧オフセットを調整できるバイアス抵抗を有し前記温度検知トランジスタのベース・エミッタ間電圧から前記シリコンパワートランジスタが前記バイアス抵抗で任意に設定する所定の温度になったことを検出することを特徴とするものである。
【００１７】
この別の態様において、シリコンパワートランジスタはシリコンパワーＭＯＳＦＥＴでもよく、またシリコンパワー絶縁ゲートバイポーラトランジスタ（ＩＧＢＴ）でもよい。
【発明の効果】
【００１８】
以上のように、本発明のパワートランジスタ温度保護装置によれば、パワーＭＯＳＦＥＴやＩＧＢＴの温度を数十ミリセカンドから数百ミリセカンドの短時間に検出できるので、過大な電力印加によってシリコンパワーＭＯＳＦＥＴやＩＧＢＴが熱破壊される臨界温度以下の検出を可能にする優れた温度センサーを提供することによって、チップ破壊を未然に防止するものである。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１９】
以下に、本発明の実施の形態について、図面を参照しながら説明する。
【００２０】
（実施の形態１）
図１は、本発明の実施の形態１におけるパワートランジスタ温度保護装置の基本構成を示すブロック図、図２は同じく実施の形態１におけるパワートランジスタ温度保護装置の複合パワートランジスタの断面図である。従来の例の図５と同じ機能の部分については同じ符号を用い、説明を省略する。
【００２１】
図１において、パワーＭＯＳＦＥＴと温度検知トランジスタが同体に形成されたシリコンチップ４上には、ゲート端３２とソース端３３を有するパワーＭＯＳＦＥＴ５と、ベース端９、エミッタ端１０を有する温度検知トランジスタ３とが設けられている。温度検知トランジスタ３のコレクタ端はパワーＭＯＳＦＥＴ５のドレイン端３４と共通であり、たとえば銅材で形成されている。
【００２２】
ＩＣ集積回路部１２、電圧源１４、ベース・エミッタ電圧検出部１９等の構成、および電圧オフセット調整用の抵抗器１１の接続については従来の例における図５と同様であり説明を省略する。
【００２３】
図２において、シリコンチップ４上にパワーＭＯＳＦＥＴ５と温度検知トランジスタ３が同体に形成された複合パワートランジスタを実現する。図２において、パワーＭＯＳＦＥＴ５のドレインであり、かつ温度検知トランジスタのコレクタを形成するＮ＋高濃度不純物領域４４上に、パワーＭＯＳＦＥＴ５のドレイン高耐圧領域を支配するＮ−形不純物領域４１と、温度検知トランジスタ３のコレクタ高耐圧領域を形成するＮ−不純物領域４２を形成し、Ｎ−不純物領域４２の周辺には温度検知トランジスタ３をパワーＭＯＳＦＥＴ５から絶縁分離するためにＮ＋高濃度不純物領域４３を形成する。温度検知トランジスタ３が端の方に配置されていたら、Ｎ＋高濃度不純物領域４３はＮ−不純物領域４２の周辺を取り囲む必要はない。Ｎ＋高濃度不純物領域４４の下部には、温度検知トランジスタ３ののコレクタ端を兼ねるパワーＭＯＳＦＥＴのドレイン端３４を設ける。
【００２４】
Ｎ−形不純物領域４１上にパワーＭＯＳＦＥＴのチャネル領域を形成するＰ形不純物領域３９を形成し、その上にパワーＭＯＳＦＥＴのソース領域を形成するＮ＋高濃度不純物領域３７を形成する。
【００２５】
Ｎ−不純物領域４２上に温度検知トランジスタ３のベース領域を形成するＰ形不純物領域４０を形成し、その上に温度検知トランジスタ３のエミッタ領域を形成するＮ＋高濃度不純物領域３８を形成する。
【００２６】
ついで、パワーＭＯＳＦＥＴ５領域と温度検知トランジスタ３領域の上面にシリコン酸化膜３６を形成し、シリコン酸化膜３６の形成中にパワーＭＯＳＦＥＴ５領域にパワーＭＯＳＦＥＴ５のゲート端３２を形成する。
【００２７】
その後、パワーＭＯＳＦＥＴ５領域にソース電極３５を形成し、温度検知トランジスタ３領域のＮ＋高濃度不純物領域３８に接してエミッタ端１０を、Ｐ形不純物領域４０に接してベース端９を形成する。
【００２８】
このように構成されたパワーＭＯＳＦＥＴ５と温度検知トランジスタ３が同体に形成された複合パワートランジスタのシリコンチップ４において、温度検知トランジスタ３のコレクタ高耐圧領域を形成するＮ−不純物領域４２とパワーＭＯＳＦＥＴ５のドレイン高耐圧領域を支配するＮ−形不純物領域４１との間に設けたＮ＋高濃度不純物領域４３により、一体のシリコンチップ４上に設けたパワーＦＥＴと温度検知トランジスタを、共通になったドレインとコレクタ以外の部分において電気的に絶縁することが可能になり、温度検知検知トランジスタ３の一定の面積のベース領域とエミッタ領域が、パワーＦＥＴ５と電気的に絶縁された上、パワーＭＯＳＦＥＴ５と、きわめて近接して配置することができる。
【００２９】
このような複合パワートランジスタシリコンチップが機能すれば、パワーＭＯＳＦＥＴ５の温度を数十ミリセカンドから数百ミリセカンドという極めて短い時間で温度検知トランジスタ３で検出することが可能となる。
【００３０】
（実施の形態２）
図３は、本発明の実施の形態２におけるパワートランジスタ温度保護装置の基本構成を示すブロック図、図４は、同じく実施の形態２におけるパワートランジスタ温度保護装置の実装状態の斜視図である。実施の形態１の図１と同じ機能の構成要素には同じ符号を付けて説明を省略する。
【００３１】
図３、図４において、ゲート端７ａとソース端８ａを有しパワーＭＯＳＦＥＴ５ａが形成されたパワーＭＯＳＦＥＴチップ２７と、ベース端９ａとエミッタ端１０ａを有し温度検知トランジスタ３ａが形成された温度検知トランジスタチップ２８がそれぞれ別体に形成され、この２つのシリコンチップを、たとえば銅材または銅材とセラミック材で複合成形された高熱伝導基材２９に半田または高熱伝導性のペースト材で固着し実装してマウントすることによりパワーＭＯＳＦＥＴと温度検知トランジスタが同体に形成された複合パワートランジスタを構成する。この状態で温度検知トランジスタ３ａのコレクタ端は、パワーＭＯＳＦＥＴ５ａのドレイン端６ａと共通となる。
【００３２】
このような構成とすることで、パワーＭＯＳＦＥＴチップ２７の温度は、高熱伝導基材２９を伝って数十ミリセカンドから数百ミリセカンドの短い時間に検出可能となる。
【００３３】
なお、上記各実施の形態において、パワートランジスタとしてパワーＭＯＳＦＥＴチップ２７を使って構成したが、シリコンパワー絶縁ゲートバイポーラトランジスタ（ＩＧＢＴ）を使って構成してもよい。
【００３４】
また、上記各実施形態において、シリコンチップにＮＰＮ型を使って構成した例を説明したが、シリコンチップにＰＮＰ型を使っても、全ての能動素子および電源の極性を逆にすることによりＮＰＮ型の場合と同一の機能を果たすことができる。この場合、温度センサはあくまで温度検知トランジスタ３または３ａのベース・エミッタ電圧であるので、集積回路部のラテラルＰＮＰなどのの特性の影響はなく、ＮＰＮ型と同等の特性を容易に得ることができる。
【産業上の利用可能性】
【００３５】
本発明のパワートランジスタ温度保護装置によれば、パワーＭＯＳＦＥＴまたはＩＧＢＴと、ある一定の面積のベース領域とエミッタ領域を有する温度検知トランジスタとを、極めて短時間に熱的に結合するとともに、ベース領域とエミッタ領域とをパワーＭＯＳＦＥＴまたはＩＧＢＴと電気的に絶縁された実装構造を実現したので、パワーＭＯＳＦＥＴまたはＩＧＢＴの温度を数十ミリセカンドから数百ミリセカンドという短時間に検出できるので、過大な電力印加によってシリコンパワーＭＯＳＦＥＴまたはＩＧＢＴが熱破壊される臨界温度以下の検出を可能にする優れた温度センサーを提供でき、チップ破壊を未然に防止するものである。
【図面の簡単な説明】
【００３６】
【図１】本発明の実施の形態１におけるパワートランジスタ温度保護装置の基本構成を示すブロック図
【図２】同じく実施の形態１におけるパワートランジスタ温度保護装置の複合パワートランジスタの断面図
【図３】同じく実施の形態２におけるパワートランジスタ温度保護装置の基本構成を示すブロック図
【図４】同じく実施の形態２におけるパワートランジスタ温度保護装置の実装状態の斜視図
【図５】従来のパワートランジスタ温度保護装置の基本構成を示すブロック図
【符号の説明】
【００３７】
３，３ａ    温度検知トランジスタ
４    パワーＭＯＳＦＥＴと温度検知トランジスタが同体に形成された複合パワートランジスタシリコンチップ
５、５ａ    パワーＭＯＳＦＥＴ
６ａ    パワートランジスタのドレイン端
７ａ    パワートランジスタのゲート端
８ａ    パワートランジスタのソース端
９ａ    温度検知トランジスタのベース端
１０ａ    温度検知トランジスタのエミッタ端
１１    電圧オフセット調整用の抵抗
１２    別体のシリコンチップで構成されたＩＣ集積回路部
１３    ダイオード接続されたトランジスタ
１４    電圧源
１５、１６    抵抗器
１７    トランジスタ
１８    定電流源
１９    温度検知トランジスタのベース・エミッタ電圧検出部
２０    温度検出出力トランジスタ
２１    プルアップ抵抗
２２    温度検知トランジスタのエミッタ端に接続した第１の入力端
２３    温度検知トランジスタのベース端に接続した第２の入力端
２４    基準グランド端
２５    電源端
２６    出力端
２７    パワーＭＯＳＦＥＴチップ
２８    温度検知トランジスタチップ
２９    高熱伝導基材
３０    混成集積回路実装基板
３１    ボンディングワイヤー
３２    パワーＭＯＳＦＥＴのゲート端、
３３    パワーＭＯＳＦＥＴのソース端
３４    パワーＭＯＳＦＥＴのドレイン端および温度検知トランジスタのコレクタ端
３５    パワーＭＯＳＦＥＴのソース電極
３６    シリコン酸化膜
３７    パワーＭＯＳＦＥＴのソース領域を形成するＮ＋高濃度不純物領域
３８    温度検知トランジスタのエミッタ領域を形成するＮ＋高濃度不純物領域
３９    パワーＭＯＳＦＥＴのチャネル領域を形成するＰ形不純物領域
４０    温度検知トランジスタのベース領域を形成するＰ形不純物領域
４１    パワーＭＯＳＦＥＴのドレイン高耐圧領域を支配するＮ−形不純物領域
４２    温度検知トランジスタのコレクタ高耐圧領域を形成する−不純物領域
４３    パワーＭＯＳＦＥＴと温度検知トランジスタを絶縁分離するＮ＋高濃度不純物領域
４４    パワーＭＯＳＦＥＴと温度検知トランジスタのドレインあるいはコレクタを形成するＮ＋高濃度不純物領域
【図１】
2006100690.tif 000003
【図２】
2006100690.tif 000004
【図３】
2006100690.tif 000005
【図４】
2006100690.tif 000006
【図５】
2006100690.tif 000007