(57)【要約】【課題】低温環境下での動作が保証できる半導体集積回路を提供する。【解決手段】半導体集積回路全体１１の中に機能回路１２、機能回路１２の動作および出力を制御する制御回路１３および機能回路１２の温度を検出する温度検知素子１４を備える。【選択図】　図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
半導体基板上の機能回路と、前記機能回路の温度を検知する温度検知素子と、前記機能回路の温度を制御する制御回路とを有し、前記機能回路の温度がその機能の動作保証最低温度より低温のとき、前記制御回路によって、前記機能回路の一部または全部を動作させて、前記機能回路の温度を上昇させるとともに、前記機能回路からの出力を外部に出さないように制御する半導体集積回路。
【請求項２】
前記機能回路の温度が前記動作保証最低温度になるまで前記機能回路の温度を上昇させ、その後は、前記機能回路の一部または全部により前記機能回路の温度を上昇させる請求項１に記載の半導体集積回路。
【請求項３】
半導体基板上の機能回路と、前記機能回路の温度を検知する温度検知素子と、前記機能回路の内部または外部の温度上昇用発熱回路と、前記機能回路の温度および前記温度上昇用発熱回路を制御する制御回路とを有し、前記機能回路の温度がその機能の動作保証最低温度より低温のとき、前記制御回路によって、前記温度上昇用発熱回路を動作させて、前記機能回路の温度を上昇させるとともに、前記機能回路からの出力を外部に出さない、半導体集積回路。
【請求項４】
前記機能回路の温度が前記動作保証最低温度になるまで前記機能回路の温度を上昇させ、その後は、前記温度上昇用発熱回路による前記機能回路の温度上昇させる動作を停止させる請求項３に記載の半導体集積回路。
【請求項５】
前記機能回路が前記動作保証最低温度になるまで前記機能回路の温度を上昇させ、その後は、前記機能回路が前記動作保証最低温度を下回らない温度に保つように制御可能である請求項１〜４の１つに記載の半導体集積回路。
【請求項６】
前記機能回路が前記最低温度に達するまでは前記半導体集積回路の信号を外部出力せず、前記機能回路が前記動作保証最低温度に達した時点で前記機能回路を初期化し、前記半導体集積回路の信号を外部出力する請求項１〜５の１つに記載の半導体集積回路。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、機能回路が適温で動作するようにその温度を制御できる、制御回路を有する半導体集積回路に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
半導体集積回路は、常温で正常機能が動作するように、いわゆる常温仕様が基準設計になっている。常温仕様とは言っても、寒冷地ないしは極寒地で使用されることもあるので、その半導体集積回路の使用温度がマイナス数十度（℃）という場合もある。
【０００３】
通常、半導体集積回路には、自身の温度を制御する機能は含まれていない。そのため、極寒地などの低温あるいは灼熱地などの高温での環境下であっても、半導体集積回路が正常に動作するようにその動作を保証するため、低温から高温までの所定の保証温度内では正常に動作することを基本仕様にして、半導体集積回路の設計製作が行われる。
【０００４】
動作温度を一定に保つ方策としては、一般的には、温度が制御できるような基板上に機能回路素子を形成することにより、あるいは、例えば、特開２０００−３１１９７４号公報に示されるように、機能素子の少なくとも一部を、電気信号から熱に変換する機能を備えた熱分離構造体に接触させることにより、その動作温度を制御していた。
【０００５】
上述したように、半導体集積回路は、低温から高温までの所定の保証温度内で使用するときに、その動作を保証するような仕様で設計が行われる。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
実際には、回路が動作すれば発熱するので、極低温環境下で長時間、極低温のまま使用することはほとんどないが、極低温環境下で電源が投入されて、その動作の保証温度より低温状態で動作し、その動作が変動したり、あるいは誤動作する場合もあるので、そのような動作が起こらないように、低温から高温まで動作を保証する必要があり、そのために低温環境での使用に耐える仕様の設計には多大な工数がかかる。
【０００７】
また、半導体集積回路が、その仕様設計での保証温度を超えて高温になった場合にも、回路の誤動作や不具合の生じることがある。
【０００８】
本発明は上記の不都合を克服するものであって、所定の温度範囲で動作できる半導体集積回路を提供することを目的とする。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
本発明は、上記の目的を達成するために、半導体基板上の機能回路と、前記機能回路の温度を検知する温度検知素子と、前記機能回路の温度を制御する制御回路とを有し、前記機能回路の温度がその機能の動作保証最低温度より低温のとき、前記制御回路によって、前記機能回路の一部または全部を動作させて、前記機能回路の温度を上昇させるとともに、前記機能回路からの出力を外部に出さないように制御可能である半導体集積回路を提供し、これにより、前記機能回路が常に適温で正常に動作するように、その温度を制御できる。
【００１０】
また、本発明は、半導体基板上の機能回路と、前記機能回路の温度を検知する温度検知素子と、前記機能回路の内部または外部の温度上昇用発熱回路と、前記機能回路の温度および前記温度上昇用発熱回路を制御する制御回路とを有し、前記機能回路の温度がその機能の動作保証最低温度より低温のとき、前記制御回路によって、前記温度上昇用発熱回路を動作させて、前記機能回路の温度を上昇させるとともに、前記機能回路からの出力を外部に出さないように制御可能である半導体集積回路を提供し、これにより、前記機能回路が常に適温で正常に動作するように、その温度を制御できる。
【００１１】
さらに、本発明の半導体集積回路は、前記機能回路の温度が前記動作保証最低温度になるまで前記機能回路の温度を上昇させ、その後は、前記温度上昇用発熱回路による前記機能回路の温度上昇動作を停止するように制御する構成にすることで、前記機能回路が常に適温で正常に動作するように、その温度を制御できる。
【００１２】
さらに、本発明の半導体集積回路は、前記機能回路が前記動作保証最低温度に達するまでは前記半導体集積回路の信号を外部へ出力せず、前記機能回路が前記動作保証最低温度に達した時点で前記機能回路を初期化し、前記半導体集積回路の信号を外部へ出力するように制御する構成にすることで、前記機能回路が常に適温で正常に動作するように、その温度を制御できる。
【００１３】
【発明の実施の形態】
以下、本発明を実施の形態により詳しく説明する。図１は、本発明の実施の形態に係る回路要素ブロック図である。図１においては、基板上の半導体集積回路全体１１、本来の機能を実現する機能回路１２、機能回路１２の動作および出力を制御する制御回路１３および機能回路１２の温度を検出する温度検知素子１４をそれぞれ示す。
【００１４】
外部からの半導体集積回路全体１１への入力信号は、入力信号線１５を通じて、機能回路１２に入力される。
【００１５】
制御回路１３では、機能回路１２内部に存在する温度検知素子１４からの信号によって、機能回路１２の温度がその機能を保証する最低温度、いわゆる動作保証最低温度よりも低温かどうかを判定し、機能回路１２の温度が上記動作保証最低温度よりも低温であった場合には、機能回路１２の温度が上記動作保証最低温度よりも高温になるまで、機能回路１２の出力信号線１６に現れる信号が、半導体集積回路全体１１の出力として、出力信号線１７から外部に出力されないよう制御を行うとともに、機能回路１２の一部または全部の回路を動作させることで、機能回路１２の温度を上昇させる。
【００１６】
機能回路１２の温度が上記動作保証最低温度以上に達した後、制御回路１３によって、機能回路１２の初期化が行われ、機能回路１２の出力信号線１６に現れる信号が、制御回路１３を経て、出力信号線１７から、半導体集積回路全体１１の出力信号として、外部に出力されるようになる。
【００１７】
これにより、半導体集積回路全体１１では、機能回路１２に制御回路１３および温度検知素子１４を付加するだけで、低温時の動作保証が可能になるので、機能回路１２の設計にあたって、工数が増えることはほとんどなくなる。
【００１８】
また、機能回路１２の温度を上昇させるのも、その機能回路１２に本来含まれている機能を利用することができるので、半導体集積回路全体１１の回路面積の増加は、制御回路１３と温度検出素子１４の回路面積分だけの増加で済む。
【００１９】
上述の実施の形態では、温度検知素子１４が機能回路１２の内部に存在するとして説明したが、温度検知素子１４は、基板上で機能回路１２の外部に存在することがあってもよい。
【００２０】
さらに、機能回路１２の温度が上記動作保証最低温度以上に達した後には、その温度上昇のための動作を停止したが、機能回路１２の動作時に温度が低下し、上記動作保証最低温度より下がった場合に、再度、機能回路１２の出力信号線１６の信号が、半導体集積回路全体１１の出力信号として、その出力信号線１７から外部に出力されないよう制御回路１３により制御するとともに、この制御回路１３によって機能回路１２の一部または全部の回路を動作させて、機能回路１２の温度を上昇させる。そして、機能回路１２の温度が上記動作保証最低温度以上に回復したのち、改めて制御回路１３によって機能回路１２の初期化を行い、機能回路１２の出力信号線１６の信号が、制御回路１３を経て、半導体集積回路全体１１の出力信号としてその出力信号線１７から外部に出力されるようにすることもできる。この場合でも、上記動作保証最低温度より低温での機能回路１２の動作結果は外部に出力されないため、半導体集積回路全体１１からは、外部に不正常な信号が出力されるのを避けることができる。
【００２１】
さらに、上述のように出力信号線１７からの出力を停止するのではなく、機能回路１２の動作時に温度が上記動作保証最低温度より低温まで低下する傾向を察知し、制御回路１３により、機能回路１２内で、動作していない残余の回路要素をその温度上昇のために動作させることで、上記動作保証最低温度を下回らないように制御し続けることも可能である。これによると、上記動作保証最低温度を下回り、機能回路１２が誤動作することはないので、半導体集積回路全体１１の経時動作を安定させることができる。
【００２２】
図２は、本発明の他の実施形態に係るブロック図である。図２においては、半導体集積回路全体２１、機能回路２２、機能回路２２の動作および出力を制御する制御回路２３、機能回路２２の温度を検出する温度検知素子２４、入力信号線２５、機能回路２２の出力信号線２６、半導体集積回路全体２１からの出力信号線２７および温度上昇用発熱回路２８を表す。
【００２３】
半導体集積回路全体２１の外部からの入力信号は、入力信号線２５を通じて、まず機能回路２２に入力される。制御回路２３では、機能回路２２内部に存在する温度検知素子２４からの信号によって、機能回路２２の温度が、その機能を保証する最低温度、いわゆる動作保証最低温度よりも、低温かどうかを判定する。そして、機能回路２２の温度が上記動作保証最低温度よりも低温のとき、制御回路２３によって、機能回路２２の温度が上記動作保証最低温度よりも高温になるまで、その機能回路２２の出力信号線２６からの出力を、半導体集積回路全体２１の出力として出力信号線２７から外部に出力しないよう制御を行う。
【００２４】
また、同時にその間、制御回路１３により、温度上昇用発熱回路２８を動作させて、機能回路２２の温度を上昇させる。機能回路２２の温度が上記動作保証最低温度以上に達した後、制御回路２３によって機能回路２２の初期化が行われ、機能回路２２の出力信号線２６に現れる出力信号が、制御回路２３を通じて、半導体集積回路全体２１の出力として出力信号線２７から外部に出力されるようになる。
【００２５】
これにより、半導体集積回路全体２１では、機能回路２２に制御回路２３、温度検知素子２４および温度上昇用発熱回路２８を付加するだけで、低温時の動作保証が可能になるので、機能回路２２の設計にあたって、工数が増えることはほとんどなくなる。また、温度上昇用発熱回路２８を機能回路２２から分離しているため、温度の制御を専用回路で実施できる。
【００２６】
上述の実施の形態では、温度検知素子２４が機能回路２２の内部に存在するとして説明したが、温度検知素子２４が、機能回路２２の外部の基板上に存在する場合も同様に機能させることができる。
【００２７】
また、温度上昇用発熱回路２８についても、上述の実施の形態では機能回路２２の外部に存在しているが、機能回路２２あるいは制御回路２３の内部に含まれる場合も同様に機能させることができる。
【００２８】
さらに、機能回路２２の温度が上記動作保証最低温度以上に達した後に、その温度を上昇させるための動作を停止したが、機能回路２２の動作時に温度が低下して上記動作保証最低温度以下になった場合に、再度、制御回路２３によって、機能回路２２の出力信号線２６の信号を、半導体集積回路全体２１の出力信号として、出力信号線２７から外部に出力しないように、制御を行うこともできる。そして、その間に、温度上昇用発熱回路２８を動作させて、機能回路２２の温度を上昇させ、機能回路２２の温度が上記動作保証最低温度以上に達した後、改めて機能回路１２の初期化を行うことで、機能回路２２の出力信号線２６の信号が、制御回路２３を通じて、半導体集積回路全体２１の出力信号として出力信号線２７から外部に出力されるようにすることも可能である。この場合、上記動作保証最低温度以下での動作結果は出力されないため、半導体集積回路全体２１としても、外部機器に誤動作信号を与える事態は避けることができる。
【００２９】
さらにまた、上述のように、出力信号線２７からの出力を停止するのではなく、機能回路２２の動作時に温度が低下してきた場合に、制御回路２３により、その温度が上記動作保証最低温度を下回らないように察知して、温度上昇用発熱回路２８を制御し続けるようにすることも可能である。それにより、上記動作保証最低温度を下回って機能回路２２が誤動作することは避けられるため、半導体集積回路全体２１を安定動作させることができる。
【００３０】
【発明の効果】
本発明の半導体集積回路によれば、環境温度が、その機能回路の機能が保証される温度、すなわち動作保証最低温度より低温で回路動作を開始する場合でも、制御回路によって、半導体集積回路全体の出力信号を外部に出さずに、その機能回路の温度を上記動作保証最低温度に達するまで上昇させることができるため、例えば、機能回路の動作が保証されていない極低温の環境下でも、その機能回路を正常に動作させることが可能となる。
【００３１】
また、本発明の半導体集積回路によれば、機能回路が正常な動作に至るまで、半導体集積回路全体からは、外部に出力信号を出さないため、この半導体集積回路からの信号に起因する周辺機器の誤動作を避けることができ、信頼性の高いものになる。
【００３２】
さらに、制御回路の動作を低温まで保証すれば、機能回路の動作を保証する温度を高くすることができるため、仕様の設計基準に照らした機能回路に使用する各素子の負担を軽減できる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施形態に係る半導体集積回路のブロック図
【図２】本発明の他の実施形態に係る半導体集積回路のブロック図
【図３】従来の熱的電子デバイスの断面図
【図４】従来の半導体集積回路を示す平面図
【符号の説明】
１１、２１　半導体集積回路全体
１２、２２　機能回路
１３、２３　制御回路
１４、２４　温度検知素子
１５、２５　入力信号線
１６、２６　機能回路からの出力信号線
１７、２７　出力信号線
２８　温度上昇用発熱回路
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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