(57)【要約】  従来のセンサ装置では自動車用センサ装置の出力端子に要求されるＥＭＣ耐性とＥＳＤ耐性を両立すること困難であった。  本実施例のセンサ装置１は本実施例のセンサ装置１は電源を供給する電源端子２と接地端子３と、物理量に応じて電気的特性の変化するセンサ素子４と、センサ素子４からの出力信号を処理する信号処理集積回路Ｉ４と、信号処理集積回路Ｉ４で処理された出力信号を出力する出力端子とから構成される。また、信号処理集積回路Ｉ４はセンサ素子４からの出力信号を処理する信号処理回路Ｉ４と、出力端子４と信号処理回路１４の間に接続され、絶縁膜上に配置された抵抗素子６と、出力端子１６と接地端子４の間に接続され、互いに逆方向に直列接続されたダイオード素子１，６と、抵抗素子８の信号処理回路１側と接地端子３の間に接続された容量素子１２とで構成される。
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
物理量に応じた信号を処理する信号処理回路と、
前記信号処理回路で処理された出力信号を出力する出力端子と、
前記信号処理回路に電源を供給する電源端子および接地端子と、
を有するセンサ装置において、
前記出力端子と前記信号処理回路の間に接続される抵抗素子と、
前記抵抗素子の信号処理回路側と接地端子との間に接続される容量素子と、
前記出力端子と接地端子の間に接続され、互いに逆方向に直列接続されたダイオード素子を有することを特徴とするセンサ装置。
【請求項２】
請求項１に記載のセンサ装置において、
前記ダイオード素子のツェナー電圧は、前記抵抗素子の対地耐圧より低く、電波照射による出力端子の変動電圧よりも高いことを特徴とするセンサ装置。
【請求項３】
請求項１に記載のセンサ装置において、
前記信号処理回路と前記抵抗素子と前記ダイオード素子と前記容量素子とを同一の集積回路に配置したことを特徴とするセンサ装置。
【請求項４】
請求項１に記載のセンサ装置において、
前記互いに逆方向に直列接続されたダイオード素子はラテラル・トランジスタ構造を有することを特徴とするセンサ装置
【請求項５】
請求項４に記載のセンサ装置において、
前記ラテラル・トランジスタ構造のエミッタ領域に低濃度層を配置したことを特徴とするセンサ装置
【請求項６】
請求項１に記載のセンサ装置において、
前記互いに逆方向に直列接続されたダイオード素子は基板トランジスタ構造を有することを特徴とするセンサ装置
【請求項７】
請求項６に記載のセンサ装置において、
前記基板トランジスタ構造のエミッタ領域に低濃度層を配置したことを特徴とするセンサ装置
【請求項８】
請求項１に記載のセンサ装置において、
前記抵抗素子は、絶縁膜上に設けられるポリシリコン薄膜、シリサイド薄膜、金属薄膜、単結晶シリコン薄膜の何れかで構成されることを特徴とするセンサ装置。
【請求項９】
外部からの入力信号を入力するための入力端子と、
前記入力信号を処理する信号処理回路と、
前記信号処理回路に電源を供給するための電源端子および接地端子と、を有する受信装置において、
前記入力端子と前記信号処理回路の間に接続される抵抗素子と、
前記抵抗素子の信号処理回路側と接地端子との間に接続される容量素子と、
前記入力端子と接地端子の間に接続され、互いに逆方向に直列接続されたダイオード素子を有することを特徴とする受信装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は自動車用センサ装置に係関する。
【背景技術】
【０００２】
出力端子のＥＭＣ（Ｅｌｅｃｔｒｏ Ｍａｇｎｅｔｉｃ Ｃｏｍｐａｔｉｂｉｌｉｔｙ）耐性の高いセンサ装置が近年望まれている。ＥＭＣ耐性の向上技術の従来例として、例えば特許文献１に記載された半導体集積回路などがある。図１２に従来のＥＭＣ耐性向上回路の構成を示す。従来のＥＭＣ耐性向上回路３８は電源を供給する電源端子３９および接地端子４０と、出力回路４１と、出力回路４１からの出力信号を外部へ出力する出力端子４４と、出力回路４１と出力端子４４の間に配置される抵抗素子４３と、抵抗素子４３の出力回路４１側と接地端子４０との間に接続される容量素子４２とから構成される。抵抗素子４３は図１３に示すように半導体基板４６上に配置された絶縁膜４５の上に配置されたポリシリコン薄膜あるいは金属薄膜をパターンニングすることで形成されることが開示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２０１０−２３２６０６号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
特許文献１に記載されている従来技術では自動車用センサに要求される過大な電波照射や強力な静電気印加に対するＥＳＤ(Ｅｌｅｃｔｒｏｓｔａｔｉｃ  Ｄｉｓｃｈａｒｇｅ)耐性に関して検討の余地が残されている。【０００５】
自動車用センサ装置においては出力端子４４には長さ数メートルの配線が接続される。また、この配線の近傍には強力な電磁波を発生させるエンジンやセルモータなどの機器があり、これらの機器から発生する電磁波によりセンサ装置の配線には数十ボルトの高周波電圧が励起される。この為、出力端子４４にも数十ボルトの高周波電圧が印加され、場合によってはセンサ装置を破壊させる。また、近年の自動車では駆動系にもモータが使用されるので電磁波ノイズは一段と大きくなっている。【０００６】
図１４に電磁波が照射された時の出力端子４４の波形を示す。図１４中Ｖｉｎｔは出力回路４１の出力電圧を、Ｖｏｕｔは出力端子４４の電圧を示す。電磁波が照射されると出力端子４４にはＶｉｎｔの電圧を中心に数十ボルトの高周波電圧が重畳される。しかしながらＶｏｕｔの電圧の直流成分はＶｉｎｔと一致している。この為、センサ装置の受信装置側でＬＰＦ（Ｌｏｗ  Ｐａｓｓ  Ｆｉｌｔｅｒ）を介して読み込むことで出力回路４１の出力電圧Ｖｉｎｔを正確に読み込むことができる。【０００７】
次に、従来のＥＭＣ耐性向上回路３８の静電気に対する耐性について説明する。自動車用センサ装置においては出力端子４４に自動車自体に帯電した静電気が印加されることがある。図１５に出力端子４４に静電気が印加されたときの出力端子４４の波形を示す。静電気が印加された場合、出力端子４４には数百ボルトの電圧が短時間ではあるが印加される。しかし、微細プロセスを利用した集積回路では図１３で示した絶縁膜４５の薄膜化が進み絶縁膜４５の耐圧は低下している。この為、従来のＥＭＣ耐性向上回路３８では静電気の印加により抵抗素子４３が破壊される課題があった。【０００８】
この課題に対応するために従来のＥＭＣ耐性向上回路３８に従来の静電気保護回路を追加することが考えられる。図１６に従来のＥＭＣ耐性向上回路３８に従来の静電気保護回路を追加した構成を示す。本構成では図１２に示した従来のＥＭＣ耐性向上回路に静電気保護回路として出力端子４４と電源端子３９の間にダイオード素子４７と、出力端子４４と接地端子４０の間にダイオード素子４８とを追加した。本構成ではダイオード素子４７，４８を付加することで静電気の印加により抵抗素子４３に高電圧が印加されることを防ぐ。このことにより、図１７に示すように静電気が印加されても出力端子４４の電圧は数ボルト以下に維持され、抵抗素子４３の破壊を防ぐことができる。【０００９】
しかし、電磁波が照射された時の挙動には課題が生じる。図１８は電磁波が照射された時の出力端子４４の波形を示す。図１８中Ｖｉｎｔは出力回路４１の出力電圧を、Ｖｏｕｔは出力端子４４の電圧を示す。電磁波が照射されると出力端子４４にはＶｉｎｔの電圧を中心に数十ボルトの高周波電圧が重畳される。しかし、ダイオード素子４７，４８があるため電源端子３９の電圧以上の電圧や接地端子４０以下の電圧が出力端子４４に印加された場合、出力端子４４の電圧Ｖｏｕｔは電源端子３９の電圧と接地端子４０の電圧でクランプされてしまい、Ｖｏｕｔの直流成分はＶｉｎｔと一致しなくなる。この結果、センサ装置の受信側でＬＰＦを介してＶｏｕｔの信号を読み込んでも、出力回路４１の出力電圧Ｖｉｎｔを正確に読み込むことができなくなる。この現象はアナログ電圧を出力するセンサ装置では特に顕著に現れ、センサ出力に大きな誤差を生じさせる。また、センサ装置には周波数の値をセンサ信号として出力するものや、デジタル通信によって出力信号を生成するものもあるが、電波照射の強度が大きくなるとデジタル信号の信号レベルを閾値以上に変化させ、センサ出力信号に誤差を生じさせる。また、出力端子４４の電圧が電源端子３９の電圧以上に振れることで、この電圧がダイオード素子４７を介して回路内部に侵入し出力回路４１の電源電圧を変動させ、出力回路４１に誤動作を生じさせる。【００１０】
本発明は上記事情に鑑みてなされたものであり，その目的はセンサ装置の出力端子のＥＭＣ耐性およびＥＳＤ耐性の高いセンサ装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
上記目的を達成するために、本発明のセンサ装置は、出力端子と接地端子の間に互いに逆方向に直列接続されたダイオード素子を接続し、抵抗素子の信号処理回路側と接地端子の間に容量素子を接続することを特徴とする。
【発明の効果】
【００１２】
本発明によれば出力端子のＥＭＣ耐性およびＥＳＤ耐性の高いセンサ装置を提供できる。
【図面の簡単な説明】
【００１３】
【図１】第１の実施例のセンサ装置の構成
【図２】抵抗素子８の断面構造
【図３】互いに逆方向に直列接続されたダイオード素子９，１０の断面構造
【図４】互いに逆方向に直列接続されたダイオード素子９，１０の電圧電流特性
【図５】電波照射時の出力端子１１の電圧波形
【図６】静電気印加時の出力端子１１の電圧波形
【図７】絶縁膜１２の厚さと抵抗素子８の対地耐圧の関係
【図８】絶縁膜１２の厚さと抵抗素子８の単位面積当たりの許容損失の関係
【図９】第２の実施例のセンサ装置の構成
【図１０】基板トランジスタ２２の断面構造
【図１１】第３の実施例のセンサ装置の受信装置の構成
【図１２】従来のＥＭＣ耐性向上回路の構成
【図１３】抵抗素子４０の断面構造
【図１４】電磁波が照射された時の出力端子４４の波形
【図１５】出力端子４４に静電気が印加されたときの出力端子４４の波形
【図１６】従来のＥＭＣ耐性向上回路に従来の静電気保護回路を追加した構成
【図１７】出力端子４４に静電気が印加されたときの出力端子４４の波形
【図１８】電磁波が照射された時の出力端子４４の波形
【発明を実施するための形態】
【００１４】
以下、本発明の実施の形態について図面を参照して説明する。
【００１５】
まず、本発明の第１の実施例であるセンサ装置を図１〜図８を用いて説明する。
【００１６】
本実施例のセンサ装置１は、電源を供給するための電源端子２及び接地端子３と、物理量に応じて電気的特性の変化するセンサ素子４と、センサ素子４からの出力信号（物理量に応じた信号）を処理する信号処理集積回路５と、信号処理集積回路５で処理された出力信号を出力する出力端子１１とから構成される。信号処理集積回路５は、センサ素子４からの出力信号を処理するセンサ信号処理回路６と、出力端子１１とセンサ信号処理回路６の間に接続され、絶縁膜１２上に配置された抵抗素子８と、出力端子１１と接地端子３の間に接続され、互いに逆方向に直列接続されたダイオード素子９，１０と、抵抗素子８のセンサ信号処理回路６側と接地端子３の間に接続された容量素子７とで構成される。
【００１７】
抵抗素子８は半導体基板１３上に配置された絶縁膜１２の上に配置されたポリシリコン薄膜、シリサイド薄膜、単結晶シリコン薄膜あるいは金属薄膜をパターンニングすることで形成した。この為、抵抗素子８の対地耐圧は絶縁膜１２の厚さに依存する。なお、集積回路の微細化と共に絶縁膜１２の薄膜化が進み、抵抗素子８の対地耐圧は年々低下する傾向にある。
【００１８】
次に、ダイオード素子９，１０の構造について説明する。ダイオード素子９，１０はＰ型半導体基板２１上にＮ型ウエル層１７を配置し、Ｎ型ウエル層１７の内部に低濃度Ｐ型拡散層１６，２０を配置し、低濃度Ｐ型拡散層１６，２０の内部にＰ型拡散層１５，１９を配置し、Ｐ型拡散層１５，１９から接続端子１４，１８を設け電気的な接続を可能にした。つまり、ダイオード素子９は低濃度Ｐ型拡散層１６とＮ型ウエル層１７によって構成されるＰＮ接合からなり、ダイオード素子１０は低濃度Ｐ型拡散層２０とＮ型ウエル層１７によって構成されるＰＮ接合からなる。本構成ではダイオード素子９，１０を個別のＮ型ウエル層で構成するのでは無く、１つのＮ型ウエル層１７に配置するラテラル・トランジスタ構造とした。これにより、ダイオード素子９，１０を個別のＮ型ウエル層に配置するよりも小面積化できる。また、低濃度Ｐ型拡散層１６，２０を設けてダイオード素子９，１０の降伏電圧を高くした。また、本構造はラテラル・トランジスタ構造であるため、低濃度Ｐ型拡散層１６，２０を設けることでエミッタ領域の低濃度化を図り、トランジスタの電流増幅率を低下させることでコレクタ・エミッタ間耐圧を上げた。集積回路では微細化が進むと共に拡散層の高濃度化が進み、降伏電圧が低下する。本実施例によれば、微細化された集積回路で高い降伏電圧を得るために低濃度Ｐ型拡散層１６，２０を設けることで、信号処理集積回路５をより微細化でき、センサ装置１の小型化・高性能化を実現できる。
【００１９】
また、互いに逆方向に直列接続されたダイオード素子９，１０の電圧電流特性は図４に示す様にダイオード素子１０の降伏電圧Ｖｚ1とダイオード素子９の降伏電圧Ｖｚ２とで電流が急増する様な特性になる。本実施例では、Ｖｚ1およびＶｚ2は、抵抗素子８の対地耐圧より低く、電波照射による出力端子１１の変動電圧よりも高くしている。
【００２０】
次に、本センサ装置１に電磁波が照射された時の出力端子１１の波形を図５示す。図５中Ｖｉｎｔはセンサ信号処理回路６の出力電圧を、Ｖｏｕｔは出力端子１１の電圧を示す。図５に示す様に、出力端子１１にはＶｉｎｔの電圧を中心に数十ボルトの高周波電圧が重畳される。しかし、ダイオード素子９のＶｚ1およびダイオード素子１０のＶｚ2は出力端子１１に重畳される電圧より高く設定しているのでＶｏｕｔの電圧波形はクランプされない。この為、Ｖｏｕｔの電圧の直流成分はＶｉｎｔと一致する。また、電波照射により出力端子１１に重畳される高周波電圧の周波数は少なくとも１０メガヘルツ以上であるのに対して、センサ装置１の出力信号の信号帯域は１００キロヘルツ以下なので、センサ装置の受信側でＬＰＦを介して出力信号Ｖｏｕｔを読み込むことでセンサ装置の出力電圧を誤差なく読み込むことが可能である。また、本センサ装置１では出力端子１１と電源端子２の間に電気的接続がない。そのため、出力端子１１の電圧変動が電源端子２側へ侵入することがないのでセンサ信号処理回路６の電源電圧が変動してセンサ信号処理回路６が誤動作することもない。つまり、電波照射により出力端子１１に高周波電圧が重畳されてもセンサ信号処理回路６を安定に動作させることができる。
【００２１】
次に、出力端子１１に静電気が印加されたときの出力信号Ｖｏｕｔの波形を図６示す。本センサ装置１に静電気が印加された場合、出力端子１１の電圧は、ダイオード素子９のＶｚ１およびダイオード素子１０のＶｚ２でクランプされる。その結果、出力端子１１の電圧は数十ボルトに抑えられる。また、本実施例では、ダイオード素子９のＶｚ１およびダイオード素子１０のＶｚ２を抵抗素子８の対地耐圧より低くしているので、抵抗素子８の破壊を抑えることができる。
【００２２】
次に、本センサ装置１の更なる利点について図７を用いて説明する。図７は絶縁膜１２の厚さｔと抵抗素子８の対地耐圧の関係を示す。本センサ装置１では互いに逆方向に直列接続されたダイオード素子９，１０を出力端子１１と接地端子３との間に接続しているので抵抗素子８への静電気などによる高電圧の印加を抑えることができる。この為、絶縁膜１２の厚さをより薄くすることが可能であり、より微細な集積回路をセンサ装置１の信号処理集積回路５へ適用でき、センサ装置１の小型・高性能化に貢献することができる。
【００２３】
また、図８に示すように、絶縁膜１２を薄くするほど抵抗素子８の単位面積あたりの許容損失を向上できる。これは、抵抗素子８の発熱のほとんどが絶縁膜１２を介して半導体基板１３へ逃げるため、絶縁膜１２が薄くなるほど抵抗素子８の放熱性が向上するからである。また、抵抗素子８は電波照射時には出力端子１１の電圧変動を吸収してセンサ信号処理回路６を保護する役割も有する。すなわち、抵抗素子８は出力端子１１の電圧変動により発熱するため、抵抗素子８は十分な許容損失が要求される。また、抵抗素子８は静電気印加時にも出力端子１１の電圧変動を吸収しセンサ信号処理回路６を保護する役割も有する。すなわち、抵抗素子８は出力端子１１の静電気による電圧変動により発熱するため、抵抗素子８は十分な許容損失が要求される。特に静電気による発熱は大きく、短時間ではあるが１０００ワットを超える。また、絶縁膜１２の熱伝導率は一般的に低いため、絶縁膜１２上の抵抗素子８の許容損失は拡散抵抗と比べると小さくなる。その結果、抵抗素子８に大面積を必要とし、抵抗素子８の小面積化が大きな課題としてあった。本センサ装置１では、上述したように絶縁膜１２の薄膜化が可能なので、抵抗素子８の単位面積あたりの許容損失を向上させることができ、抵抗素子８の小面積化を実現できる。
【００２４】
本センサ装置１ではセンサ信号処理回路６、抵抗素子８、ダイオード素子９，１０、容量素子７を同一の信号処理集積回路５に配置した。このことで抵抗素子８とダイオード素子９，１０を一体化できる。この結果、センサ装置１の組み立て時に信号処理集積回路５の出力端子に印加される静電気によって抵抗素子８に高電圧が印加されることをダイオード素子９，１０により防ぐことができる。つまり、抵抗素子８の許容損失を向上するために絶縁膜１２を薄くしても、組み立て時に印加される静電気によって抵抗素子８の破壊を防ぐことが可能となる。
【００２５】
本センサ装置１では、例えば抵抗素子８にポリシリコン薄膜を採用する。ポリシリコン薄膜は加工性が良く、集積回路では一般的に使われているので特別なプロセス追加無しに使える利点がある。
【００２６】
また、抵抗素子８にシリサイド薄膜や高融点金属薄膜を用いることで単位面積当たりの許容損失を向上できる。これはシリサイドや高融点金属の融点がポリシリコンに比べて高い為であるが、抵抗素子８にシリサイド薄膜や高融点金属薄膜を用いることで抵抗素子８の小面積化を可能にできる。
【００２７】
次に、本発明の第２の実施例であるセンサ装置を図９と図１０を用いて説明する。第２の実施例のセンサ装置は第１の実施例のセンサ装置と基本的に同じ構成であるが、ダイオード素子９，１０を基板トランジスタ２２に置き換えた。なお、第一実施例と重複する説明は省略する。
【００２８】
基板トランジスタ２２は、Ｐ型半導体基板２７上にＮ型ウエル層２６を配置し、Ｎ型ウエル層２６の内部に低濃度Ｐ型拡散層２５とＰ型拡散層２４を配置し、接続端子２３を配置することで構成した。つまり、ダイオード素子９は低濃度Ｐ型拡層２５とＮ型ウエル層２６によって構成されるＰＮ接合を用い、ダイオード素子１０はＮ型ウエル層２６とＰ型半導体基板２７によって構成されるＰＮ接合を用いた。本構成では第１の実施例よりも拡散層の数を減らすことでより小面積化を実現した。また、低濃度Ｐ型拡層２５を設けて基板トランジスタのエミッタ領域の低濃度化を図りトランジスタの電流増幅率を低下させることでコレクタ・エミッタ間耐圧を上げることができる。
【００２９】
次に，本発明の第３の実施例であるセンサ装置の受信装置を図１１により説明する。
【００３０】
本実施例のセンサ装置の受信装置２８は電源を供給する電源端子３６と接地端子３７と、センサ装置からの信号を受信する受信端子２９と、センサ装置からの受信信号を処理する信号処理集積回路３０から構成される。信号処理集積回路３０はセンサ装置からの受信信号を処理するセンサ信号処理回路３５と、受信端子２９とセンサ信号処理回路３５の間に接続され、絶縁膜上に配置された抵抗素子３３と、受信端子２９と接地端子３７の間に接続され、互いに逆方向に直列接続されたダイオード素子３１，３２と、抵抗素子３３のセンサ信号処理回路３５側と接地端子３７の間に接続された容量素子３４とで構成される。第１の実施例にてセンサ装置側について説明したが、センサ装置の受信装置側でもセンサ装置側と同様の効果が得られる。
【符号の説明】
【００３１】
１‥センサ装置，２‥電源端子，３‥接地端子，４‥センサ素子，
５‥信号処理集積回路，６‥センサ信号処理回路，７‥容量素子，８‥抵抗素子，
９‥ダイオード素子，１０‥ダイオード素子，１１‥出力端子，１２‥絶縁膜、
１３‥半導体基板，１４‥接続端子，１５‥Ｐ型拡散層，１６‥低濃度Ｐ型拡散層、
１７‥Ｎ型ウエル層，１８‥接続端子，１９‥Ｐ型拡散層、２０‥低濃度Ｐ型拡散層，
２１‥Ｐ型半導体基板、２２‥基板トランジスタ，２３‥接続端子，２４‥Ｐ型拡散層，２５‥低濃度Ｐ型拡散層，２６‥Ｎ型ウエル層，２７‥Ｐ型半導体基板，
２８‥センサ装置の受信装置、２９‥受信端子、３０‥信号処理集積回路，
３１‥ダイオード素子，３２‥ダイオード素子、３３‥抵抗素子，３４‥，３５‥センサ信号処理回路，３６‥電源端子、３７‥接地端子，３８‥従来のＥＭＣ耐性向上回路，
３９‥電源端子、４０‥接地端子，４１‥出力回路、４２‥容量素子、４３‥抵抗素子，４４‥出力端子，４５‥絶縁膜，４６‥半導体基板、４７‥ダイオード素子，
４８‥ダイオード素子
【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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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
2016042592.tif 000015
【図１４】
2016042592.tif 000016
【図１５】
2016042592.tif 000017
【図１６】
2016042592.tif 000018
【図１７】
2016042592.tif 000019
【図１８】
2016042592.tif 000020
【国際調査報告】
2016042592.tif 000021
2016042592.tif 000022