(57)【要約】【課題】演算処理や電力消費を増大させることなく、温度特性が安定する半導体装置を提供することを課題とする。【解決手段】高周波信号を処理する半導体装置１であって、高周波信号を処理する複数の素子２〜８が形成された半導体基板を備え、半導体基板には、複数の素子２〜８のうち温度に応じて特性が変化する特定の素子２，３，５〜８に隣接して該特定の素子２，３，５〜８を加熱する発熱素子９Ａ〜Ｆが形成されている。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
高周波信号を処理する半導体装置であって、
前記高周波信号を処理する複数の素子が形成された半導体基板を備え、
前記半導体基板には、前記複数の素子のうち温度に応じて特性が変化する特定の素子に隣接して該特定の素子を加熱する発熱素子が形成されている、
半導体装置。
【請求項２】
前記発熱素子は、前記特定の素子の温度に応じて該特定の素子を加熱する、
請求項１に記載の半導体装置。
【請求項３】
前記発熱素子は、前記複数の素子が処理した前記高周波信号の強度、周波数、位相および該高周波信号に含まれる雑音のうち少なくとも何れかに応じて前記特定の素子を加熱する、
請求項１または２に記載の半導体装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、半導体装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
自動車のミリ波レーダ装置等において、高周波の電波の送受信に用いる集積回路（ＩＣ）は、素子の温度変化によって出力が変動しやすい。このため、外部温度の変化等により出力が安定しにくい。
【０００３】
素子の温度特性を安定させる技術としては、例えば、水晶発振器を恒温槽に入れたもの（特許文献１，２を参照）や、ヒータで温度制御するもの（特許文献３，４を参照）、定電圧回路を内蔵したもの（特許文献５を参照）がある。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２００６−５００２５号公報
【特許文献２】特開２００５−９２３０２号公報
【特許文献３】特開２００２−７１７８７号公報
【特許文献４】特表２００３−４０７５４号公報
【特許文献５】特開２００９−５１８２号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
複数の集積回路を備えた半導体基板全体をヒータで加熱する場合、多大な電力を消費する。温度に応じて電圧や利得、周波数を調整する場合、ヒータは必要ないが、温度とパラメータとの相関を予め測定してマップ化しておく必要があり、特に電子スキャン方式のミリ波レーダ装置等においては、補正すべきパラメータが膨大で多大な演算処理能力を確保する必要がある。
【０００６】
本発明は、このような課題に鑑みてなされたものであり、演算処理や電力消費を増大させることなく、温度特性が安定する半導体装置を提供することを課題とする。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明は、上記課題を解決するため、特定の素子を加熱する発熱素子をパッケージ内の半導体基板に形成した。
【０００８】
詳細には、高周波信号を処理する半導体装置であって、前記高周波信号を処理する複数の素子が形成された半導体基板を備え、前記半導体基板には、前記複数の素子のうち温度に応じて特性が変化する特定の素子に隣接して該特定の素子を加熱する発熱素子が形成されている。
【０００９】
この半導体装置では、半導体基板に形成した発熱素子で、特定の素子を集中的に加熱している。このため、半導体基板を加熱する場合には実現できない、特定の素子のみの加熱が可能である。これにより、温度補償のための演算処理や、加熱不要な箇所の加熱による電力消費の増大を招くことなく、温度特性を安定させることができる。
【００１０】
ここで、前記発熱素子は、前記特定の素子の温度に応じて該特定の素子を加熱するものであってもよい。温度に応じて加熱すれば無用な加熱を省けるため、電力消費を削減でき
る。
【００１１】
また、前記発熱素子は、前記複数の素子が処理した前記高周波信号の強度、周波数、位相および該高周波信号に含まれる雑音のうち少なくとも何れかに応じて前記特定の素子を加熱するものであってもよい。信号の強度や周波数等に応じて加熱することにより、温度の高低に関わらず必要最小限の加熱で済み、電力消費を削減できる。
【発明の効果】
【００１２】
演算処理や電力消費を増大させることなく、温度特性を安定させることができる。
【図面の簡単な説明】
【００１３】
【図１】第一実施形態に係るＭＭＩＣの構成図である。
【図２】ＶＣＯの温度特性を示すグラフである。
【図３】第二実施形態に係るＭＭＩＣの構成図である。
【図４】温度制御のフローチャートである。
【図５】変形例に係る温度制御のフローチャートである。
【図６】変形例に係る温度制御のフローチャートである。
【発明を実施するための形態】
【００１４】
以下、本発明の第一実施形態について説明する。図１は、本実施形態に係るＭＭＩＣ（Monolithic Microwave Integrated Circuit）１の構成図である。ＭＭＩＣ１は、一般的
にミリ波と呼ばれる波長が１〜１０ｍｍ程度の高周波（３０〜３００ＧＨｚ）の電波を送信し或いは受信する回路であり、自動車のミリ波レーダ装置等に適用される。ＭＭＩＣ１は、入力電圧に応じた周波数の信号を発振するＶＣＯ（Voltage Controlled Oscillator
）２や、受信した信号を復調するミキサー３、逓倍器４、信号を増幅するアンプ５，６，７、アンテナを切り替えるスイッチ８等を形成した半導体基板がパッケージに封入されている。ＭＭＩＣ１は、ミリ波の送受信に必要なこれらの素子を一連の半導体製造プロセスによって一体形成したものであり、半導体基板材料にはヒ化ガリウム（ＧａＡｓ）、シリコン（Ｓｉ）等が用いられる。
【００１５】
ＭＭＩＣ１が備えるＶＣＯ２やミキサー３、アンプ５，６，７、スイッチ８といった特定の素子は、温度によって特性が変動し得る。例えば、ＶＣＯ２の場合、入力電圧が一定でも、図２に示すように温度変化によって発振周波数が変動する。ＭＭＩＣ１は、これらの素子の特性が変動するのを抑制するため、各素子を加熱して一定温度に保つ発熱素子９Ａ〜Ｆを各素子の近傍に備えている。発熱素子９Ａ〜Ｆは、電流によって発熱する抵抗であり、ＭＭＩＣ１に車両からの電力が供給されると通電されて発熱する。例えば、ＶＣＯ２の場合、発熱素子９Ａによって加熱されると、特性変動が図２の“加熱温度”の範囲内に抑制される。この結果、ＶＣＯ２の発振周波数が少なくともこの範囲内に収まることとなり、温度変化による特性変動が抑制されることとなる。各素子を加熱しない場合、通常であれば−４０〜＋８５℃程度の範囲で変動し得るところ、本実施形態であれば、例えば、＋２５〜＋８５℃の範囲内に収めることができる。ＶＣＯ２やミキサー３、アンプ５，６，７、スイッチ８といったこれらの特定の素子は、このように発熱素子９Ａ〜Ｆによって集中的に加熱されることにより、周囲の温度変化やＭＭＩＣ１全体の温度変化に起因する特性変動が抑制される。
【００１６】
自動車のミリ波レーダ装置等に適用されるＭＭＩＣは、平面上に並ぶ各アンテナ素子で捉えた電波の位相を処理して空間を走査する。このため、ＭＭＩＣには高い精度の信号処理が要求される。この点、本実施形態に係るＭＭＩＣ１であれば、温度によって特性が変動し得る特定の素子が発熱素子９Ａ〜Ｆによって集中的に加熱されて特性変動が抑制されるため、高い精度を発揮できる。また、本実施形態に係るＭＭＩＣ１であれば、特性が温
度によって変動し得る特定の素子を集中的に加熱しているので、ＭＭＩＣ全体を加熱する場合に比べて、加熱に要する時間を短縮して電力消費を大幅に削減できるし、他の素子や部品に影響を与えることも無い。更に、ＭＭＩＣに加熱用の部品を後付けする場合に比べて部品点数を減らすことができる。なお、ＭＭＩＣを設計する段階において、温度による周波数の変動が問題となることが想定されるような場合にはＶＣＯ、温度によるゲインの変動が問題となることが想定されるような場合にはアンプ、温度による位相の変動が問題となることが想定されるような場合にはアンプとミキサーの近傍に発熱素子を重点的に設置するなど、発熱素子の配置は設計するＭＭＩＣの特性に応じて適宜調整する。
【００１７】
以下、本発明の第二実施形態について説明する。図３は、本実施形態に係るＭＭＩＣ１１の構成図である。ＭＭＩＣ１１は、図３に示すように、ＲＦ（Radio Frequency）ユニ
ット１２に内蔵されており、発熱素子９Ａ〜ＦがＢＢ（Base Band）部１３に内蔵された
マイコン１４によって制御される。なお、第一実施形態と同様の構成要素については同一の符号を付し、その説明を省く。
【００１８】
本実施形態に係るＭＭＩＣ１は、各素子の温度を計測するモニタ１５を内蔵している。モニタ１５の計測データは、マイコン１４に送られ、各発熱素子９Ａ〜Ｆの制御に用いられる。ＲＦユニット１２は、変調後あるいは復調前の高周波の信号を処理する部分であり、ＭＭＩＣ１１の他、ミキサー３やアンプ５，６，７、逓倍器４、スイッチ８等の特性のばらつきを調整したりするための、図示しない差動アンプやバイアス回路を内蔵している。一方、ＢＢ部は、変調前あるいは復調後の信号を処理する部分であり、マイコン１４の他、ＲＦユニット１２を介して受信した信号を処理する処理回路１６等を内蔵している。なお、マイコン１４は、ＲＦユニット１２内や或いはＭＭＩＣ１１内に設けてもよい。
【００１９】
以下、マイコン１４によって実現される各発熱素子９Ａ〜Ｆの温度制御について説明する。図４は、マイコン１４によって実現される各発熱素子９Ａ〜Ｆの温度制御のフローチャートである。マイコン１４は、車両の電源がオンになって車載レーダに電力が供給されると起動し（Ｓ１０１）、ＶＣＯ２やミキサー３、アンプ５，６，７、スイッチ８の温度をモニタ１５で測定する（Ｓ１０２）。マイコン１４は、各素子の温度が所定の温度に達しているか否かを、既定のテーブルとモニタ１５の出力とを比較して判定する（Ｓ１０３）。ここで、所定の温度とは、ＭＭＩＣ１が既定の精度を満たすことができる、ＶＣＯ２やミキサー３、アンプ５，６，７、スイッチ８に許容される温度特性の範囲である。マイコン１４は、ＶＣＯ２やミキサー３、アンプ５，６，７、スイッチ８のうち所定の温度に達しているものについては対応する発熱素子の通電をオフにし（Ｓ１０４）、所定の温度に達していないものについては対応する発熱素子の通電をオンにする（Ｓ１０５）。マイコン１４は、上記Ｓ１０２〜Ｓ１０５の処理を、車両の電源がオフになって車載レーダへの電力の供給が断たれるまで繰り返す（Ｓ１０６）。
【００２０】
なお、マイコン１４によって実現される各発熱素子９Ａ〜Ｆの温度制御は、以下のようなものであってもよい。図５は、変形例に係る温度制御のフローチャートである。本変形例において、マイコン１４は、車両の電源がオンになって起動する。各素子の温度の測定結果に応じて発熱素子の通電をオンあるいはオフにするまでの一連の処理（Ｓ２０１〜Ｓ２０５）は、既述の処理（Ｓ１０１〜Ｓ１０５）と同様である。本変形例に係る処理が既述の処理と異なる点は、発熱素子による加熱を行なってもなお所定の温度に達しない場合の処理の流れである。すなわち、既述の処理フローでは発熱素子の通電が続いても特段の処理は実行されないが、本処理フローでは、発熱素子が規定時間以上オンになっているか否かを判定し（Ｓ２０６）、肯定判定の場合には対応する発熱素子あるいはモニタ１５等に異常があると判断して故障診断を出力する。一方、発熱素子がオフになれば、車載レーダとしての信号処理が開始される。
【００２１】
なお、上記何れの処理フローにおいても、各素子の温度に応じて発熱素子の通電を制御していたが、例えば、モニタ１５がＭＭＩＣ１内を流れる信号の強度、周波数、位相および該信号に含まれる雑音のうち少なくとも何れかを監視し、これらが所定の条件を満たすように、マイコン１４が各発熱素子の通電を制御してもよい。ここで、信号の強度とは、信号の振幅であり、アンプ５，６，７の利得に応じて変動する。また、所定の条件とは、ＭＭＩＣ１が既定の精度を満たすことができる、ＶＣＯ２やミキサー３、アンプ５，６，７、スイッチ８に許容される強度、周波数、位相および該信号に含まれる雑音の範囲である。各発熱素子の通電制御を温度ではなく、強度や、周波数、位相、信号に含まれる雑音に応じて実行しても、周囲の温度変化やＭＭＩＣ１全体の温度変化に起因する特性変動が抑制される。
【００２２】
なお、強度や、周波数、位相、信号に含まれる雑音といったパラメータに基づく通電制御を行う場合は、変動したパラメータに関係する素子を加熱する。例えば、周波数に関係するのはＶＣＯ２であり、信号強度に関係するのはアンプ５，６，７である。よって、周波数が変動する場合は発熱素子９Ａを通電し、信号強度が変動する場合は発熱素子９Ｂ，９Ｃ，９Ｅを通電する。また、位相に関係するのはアンプ５，６，７やミキサー３であり、信号に含まれる雑音（ノイズ）に関係するのはスイッチ８である。よって、位相が変動する場合は発熱素子９Ｂ，９Ｃ，９Ｅ，９Ｆを通電し、信号に含まれる雑音が大きい場合は発熱素子９Ｄを通電する。
【００２３】
図６は、信号の強度、周波数、位相、信号に含まれる雑音の４つのパラメータに基づく温度制御のフローチャートである。これら４つのパラメータに基づいて温度制御を行う場合、マイコン１４は、車両の電源がオンになると（Ｓ３０１）、モニタ１５によりＭＭＩＣ１１内で処理される信号の強度、周波数、位相、信号に含まれる雑音の４つを測定する（Ｓ３０２）。そして、各パラメータが所定の範囲内にあるか否かを逐次判定し、否定判定の場合には対応する発熱素子の通電をオンにする。
【００２４】
すなわち、マイコン１４は、信号が所定の強度にあるか否かを、既定の値と比較して判定する（Ｓ３０３）。ここで、所定の強度とは、ＭＭＩＣ１が正常に動作しているときの信号の強度の範囲である。マイコン１４は、信号が所定の強度であれば信号の強度に関係する発熱素子９Ｂ，９Ｃ，９Ｅの通電をオフにし（Ｓ３０４）、信号が所定の強度でなければこれらの素子の通電をオンにする（Ｓ３０５）。マイコン１４は、信号の周波数、位相、信号に含まれる雑音についても信号の強度の場合の処理（Ｓ３０３〜Ｓ３０５）と同様に逐次処理する（Ｓ３０６〜Ｓ３１４）。マイコン１４は、上記Ｓ３０２〜Ｓ３１４の処理を、車両の電源がオフになって車載レーダへの電力の供給が断たれるまで繰り返す（Ｓ３１５）。
【００２５】
信号の強度や、周波数、位相、信号に含まれる雑音に基づいて各発熱素子の通電を制御することにより、周囲の温度変化やＭＭＩＣ１全体の温度変化に起因する特性変動が抑制される。なお、図６のフローチャートでは４つのパラメータに基づいて温度制御をしていたが、少なくとも何れかのパラメータに基づいて温度制御するものであってもよい。
【符号の説明】
【００２６】
１，１１・・ＭＭＩＣ
２・・ＶＣＯ
３・・ミキサー
４・・逓倍器
５，６，７・・アンプ
８・・スイッチ
９Ａ〜Ｆ・・発熱素子
１２・・ＲＦユニット
１３・・ＢＢ部
１４・・マイコン
１５・・モニタ
１６・・処理回路
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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