(57)【要約】【課題】  入出力間の絶縁耐圧等の特性が改善されたものであって、出力用素子の温度検出機能を備えた半導体装置を簡易な構成にて提供すること。【解決手段】  本発明の半導体装置１は、出力端子１ａ，１ｂ間に接続される出力用素子２と、入力端子１ｃ，１ｄ間に入力される入力信号に応じて出力用素子２に駆動電圧を供給する入力回路３と、出力用素子２と熱的に接続されて出力用素子２の温度を検出する温度検出素子４１と、を有してなるものにおいて、入力回路３と電気的に絶縁された温度検出回路４を設け、温度検出回路４には温度検出素子４１の検出結果に対応する検出信号が出力される検出信号出力端子１ｇ，１ｈ，１ｉ，１ｊ，１ｋが設けられたことを特徴としている。【選択図】  図１
2005158840.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
出力端子間に接続される出力用素子と、入力端子間に入力される入力信号に応じて出力用素子に駆動電圧を供給する入力回路と、出力用素子と熱的に結合されて出力用素子の温度を検出する温度検出素子と、を有してなる半導体装置において、入力回路と電気的に絶縁された温度検出回路を設け、温度検出回路には温度検出素子の検出結果に対応する検出信号が出力される検出信号出力端子が設けられたことを特徴とする半導体装置。
【請求項２】
前記温度検出回路は、温度検出素子と直列にフォトカプラの入力側が接続されたものであってフォトカプラの出力側を介して検出信号が出力されるものにしたことを特徴とする請求項１に記載の半導体装置。
【請求項３】
前記温度検出素子は、少なくともサイリスタ又はダイオードを有してなるものにしたことを特徴とする請求項１又は２に記載の半導体装置。
【請求項４】
前記温度検出素子は、前記出力用素子が形成された半導体基板の表面の絶縁膜上に載置されたことを特徴とする請求項１乃至３のいずれかに記載の半導体装置。
【請求項５】
前記出力用素子は、ＭＯＳＦＥＴであって、ドレイン、ソースが出力端子にそれぞれ接続されると共に、ゲート、ソースが入力回路の駆動電圧出力端子にそれぞれ接続されたことを特徴とする請求項１乃至４のいずれかに記載の半導体装置。
【請求項６】
前記入力回路は、入力端子間に接続されて入力端子間に入力される入力信号に応じて光信号を発生させる発光素子と、発光素子からの光を受光して光起電力を発生させるフォトダイオードアレイと、フォトダイオードアレイに接続されてフォトダイオードアレイによる光起電力の発生時に高インピーダンス状態となり光起電力の消失時に低インピーダンス状態となる充放電制御回路と、を有してなるものにしたことを特徴とする請求項１乃至５のいずれか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、負荷のスイッチング等に使用することができるものであって、特に出力用素子の温度検出機能を備えた半導体装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来、この種の半導体装置として、例えば図３に示すようなものがある（例えば、特許文献１参照。）。図３は、この半導体装置の回路図である。
【０００３】
この半導体装置は、出力用のＭＯＳＦＥＴ１００と、ＭＯＳＦＥＴ１００のゲート・ソース間に接続されるサイリスタ２００と、サイリスタ２００のゲート１０７とカソード１０８との間に接続される抵抗１１４と、サイリスタ２００のアノード側ベース１０６とゲート１０７との間に接続されるトランジスタ１１５と、トランジスタ１１５のベース・エミッタ間に接続される抵抗１１９と、トランジスタ１１５のベースとサイリスタ２００のカソード１０８との間に接続されるエンハンスメント型のＭＯＳＦＥＴ１１６と、サイリスタ２００のアノード側ベース１０６とＭＯＳＦＥＴ１１６のゲートとの間に接続されるコンデンサ１１７と、ＭＯＳＦＥＴ１１６のゲートとサイリスタ２００のカソード１０８との間に接続される定電流回路１１８と、備えている。
【０００４】
かくして、この半導体装置は、出力用のＭＯＳＦＥＴ１００に過大な電流が流れたり、高い周囲温度による影響を受けるなどして異常に発熱したときに、サイリスタ２００がターンすることにより、ＭＯＳＦＥＴ１００のゲート・ソース間を短絡させてＭＯＳＦＥＴ１００をターンオフさせる保護動作を有している。
【特許文献１】特公平７−５２７７１号公報（第２−４頁、第１−２図）
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかしながら、上記半導体装置は、出力用のＭＯＳＦＥＴ１００の異常温度を検出するサイリスタ２００がＭＯＳＦＥＴ１００のゲート・ソース間に接続されている構成により、ＭＯＳＦＥＴ１００のゲート・ソース間に駆動電圧を供給する駆動電源に発生したノイズ等の影響を保護動作回路が受けて、ＭＯＳＦＥＴ１００が異常温度になっていないにもかかわらず前述した保護動作が実行されてしまうことがあり、また、ＭＯＳＦＥＴ１００が異常温度になったときに、保護動作の実行が遅延してしまうこともあった。また、上記構成では、ＭＯＳＦＥＴ１００のゲート・ソース間の絶縁耐圧が、保護動作回路の絶縁耐圧により決定されるという課題があった。
【０００６】
本発明は、上記事由に鑑みてなしたもので、その目的とするところは、入出力間の絶縁耐圧等の特性が改善されたものであって、出力用素子の温度検出機能を備えた半導体装置を簡易な構成にて提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
上記課題を解決するために、請求項１に係る発明の半導体装置は、出力端子間に接続される出力用素子と、入力端子間に入力される入力信号に応じて出力用素子に駆動電圧を供給する入力回路と、出力用素子と熱的に結合されて出力用素子の温度を検出する温度検出素子と、を有してなる半導体装置において、入力回路と電気的に絶縁された温度検出回路を設け、温度検出回路には温度検出素子の検出結果に対応する検出信号が出力される検出信号出力端子が設けられたことを特徴としている。
【０００８】
請求項２に係る発明の半導体装置は、請求項１に記載の構成において、前記温度検出回路は、温度検出素子と直列にフォトカプラの入力側が接続されたものであってフォトカプラの出力側を介して検出信号が出力されるものにしたことを特徴としている。
【０００９】
請求項３に係る発明の半導体装置は、請求項１又は２に記載の構成において、前記温度検出素子は、少なくともサイリスタ又はダイオードを有してなるものにしたことを特徴としている。
【００１０】
請求項４に係る発明の半導体装置は、請求項１乃至３のいずれかに記載の構成において、前記温度検出素子は、前記出力用素子が形成された半導体基板の表面の絶縁膜上に載置されたことを特徴としている。
【００１１】
請求項５に係る発明の半導体装置は、請求項１乃至４のいずれかに記載の構成において、前記出力用素子は、ＭＯＳＦＥＴであって、ドレイン、ソースが出力端子にそれぞれ接続されると共に、ゲート、ソースが入力回路の駆動電圧出力端子にそれぞれ接続されたことを特徴としている。
【００１２】
請求項６に係る発明の半導体装置は、請求項１乃至５のいずれかに記載の構成において、前記入力回路は、入力端子間に接続されて入力端子間に入力される入力信号に応じて光信号を発生させる発光素子と、発光素子からの光を受光して光起電力を発生させるフォトダイオードアレイと、フォトダイオードアレイに接続されてフォトダイオードアレイによる光起電力の発生時に高インピーダンス状態となり光起電力の消失時に低インピーダンス状態となる充放電制御回路と、を有してなるものにしたことを特徴としている。
【発明の効果】
【００１３】
本発明の半導体装置は、出力用素子の温度を検出する温度検出素子を設け、その検出結果に対応する検出信号が出力される検出信号出力端子を備えた温度検出回路を、出力用素子の入力回路と電気的に絶縁された状態で設けてあるので、出力用素子の入出力間の絶縁耐圧等の特性が改善されるものとなる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１４】
以下、本発明を実施するための最良の形態について、図面を用いて詳細に説明する。なお、以下に示す実施の形態では、出力用素子としてＭＯＳＦＥＴに適用したものについて説明するが、本発明の技術思想はこれに限られず、サイリスタ等の出力用素子にも適用可能であることは言うまでもない。
【００１５】
図１（ａ）は、本発明に係る半導体装置の実施の形態を示す回路図、同図（ｂ）及び（ｃ）は、温度検出素子を示す回路図である。この半導体装置１は、出力用素子の発熱状態（温度）を容易に検出し得るものであって、図１（ａ）に示すように、出力端子１ａ，１ｂ間に接続されるＮチャネル・エンハンスメント型の出力用ＭＯＳＦＥＴ（出力用素子）２と、入力端子１ｃ，１ｄ間に入力される入力信号に応じて出力用ＭＯＳＦＥＴ２のゲート・ソース間に駆動電圧を供給する入力回路３と、出力用ＭＯＳＦＥＴ２の温度を検出する温度検出回路４と、を有し、詳しくは以下のように構成してある。
【００１６】
出力用ＭＯＳＦＥＴ２は、Ｎチャネルエンハンスメント型のものであって、ドレイン、ソースが出力端子１ａ，１ｂにそれぞれ接続されると共に、ゲート、ソースが入力回路３の駆動電圧出力端子１ｅ，１ｆにそれぞれ接続されている。
【００１７】
入力回路３は、出力用ＭＯＳＦＥＴ２のゲート・ソース間に駆動電圧を供給するものであって、入力信号が入力される入力端子１ｃ，１ｄと、駆動電圧が出力される駆動電圧出力端子１ｅ，１ｆと、が設けられると共に、入力信号に応じて光信号を発生させる発光素子３１と、発光素子３１からの光を受光して光起電力を発生させるフォトダイオードアレイ３２と、フォトダイオードアレイ３２と駆動電圧出力端子１ｅ，１ｆとの間に接続されて、フォトダイオードアレイ３２による光起電力の発生時に高インピーダンス状態となり光起電力の消失時に低インピーダンス状態となる充放電制御回路３３と、を有している。
【００１８】
温度検出回路４は、出力用ＭＯＳＦＥＴ２の発熱状態（温度）を検出するものであって、入力回路３と電気的に絶縁された状態で設けてある。具体的には、温度検出回路４は、出力用ＭＯＳＦＥＴ２と熱的に接続されて出力用ＭＯＳＦＥＴ２の温度を検出する温度検出素子４１と、フォトカプラ４２と、を有している。そして、温度検出素子４１とフォトカプラの入力側は、端子１ｇを介して端子１ｈ，１ｉ間に直列に接続され、フォトカプラの出力側は、端子１ｊ，１ｋ間に接続されている。ここで、温度検出素子４１は、後述する用途を考慮して、サイリスタ（図１（ｂ）参照）、ダイオード、ダイオードアレイ（図１（ｃ）参照）等、適切なものを使用すればよい。
【００１９】
上記半導体装置１は、例えば図２に示すように、温度検出素子４１を出力用ＭＯＳＦＥＴ２が形成された半導体基板２１の表面の絶縁膜２４上に載置された構成とすることも好ましい。具体的には、出力用ＭＯＳＦＥＴ２は、ドレイン領域となるｎ型の半導体基板２１の一方の表面に、ｐ型のゲート領域２２及びｎ型のドレイン領域２３を形成すると共に、絶縁膜２４を形成し、この絶縁膜２４を部分的に開口等してソース電極２５及びゲート電極２６を形成し、半導体基板２１の他方の表面にドレイン電極２７を形成して構成してある。そして、温度検出素子４１は、この半導体基板２１の一方の表面の絶縁膜２４上に載置させてある。
【００２０】
次に、上記半導体装置１の動作について説明する。半導体装置１の出力端子１ａ，１ｂ間を導通させるときは、入力端子１ｃ，１ｄ間に入力信号を入力する。すると、発光素子３１からの光を受光したフォトダイオードアレイ３２が光起電力を発生させると共に、充放電制御回路３３は高インピーダンス状態となるので、出力用ＭＯＳＦＥＴ２のゲート・ソース間が光起電力が充電される。その結果、出力用ＭＯＳＦＥＴ２のドレイン・ソース間が高インピーダンス状態から低インピーダンス状態となり、出力端子１ａ，１ｂが導通する。一方、半導体装置１の出力端子１ａ，１ｂ間を遮断させるときは、入力端子１ｃ，１ｄ間に入力する入力信号を停止させる。すると、発光素子３１の発光が止んで、フォトダイオードアレイ３２が発生させていた光起電力がなくなると共に、充放電制御回路３３は低インピーダンス状態となるので、出力用ＭＯＳＦＥＴ２のゲート・ソース間が短絡される。その結果、出力用ＭＯＳＦＥＴ２のドレイン・ソース間が低インピーダンス状態から高インピーダンス状態となり、出力端子１ａ，１ｂ間が遮断する。
【００２１】
また、半導体装置１は、温度検出素子４１が出力用ＭＯＳＦＥＴ２の温度を検出して電気信号に変換し、検出信号出力端子としての役割をも果たす端子１ｇ，１ｈ間、端子１ｈ，１ｉ間、及び１ｊ，１ｋ間に検出信号として出力され得るものとなっている。そして、各端子間に出力された検出信号を、よく知られた公知の手段により入力端子１ｃ，１ｄに入力する入力信号の制御に反映させれば、出力用ＭＯＳＦＥＴ２に過大な電流が流れて発熱したときや、周囲温度が異常に高いときなどには、出力用ＭＯＳＦＥＴ２をオフさせ出力端子１ａ，１ｂ間を遮断させる保護動作を達成することができるものとなる。なお、温度検出素子４１は、検出信号として、いわゆる０，１信号が要求される場合には、サイリスタ（図１（ｂ）参照）等が適しており、温度変化に対応するアナログ信号が要求される場合には、ダイオード、ダイオードアレイ（図１（ｃ）参照）等が適しているので、用途を考慮して、適宜、選択すればよい。
【００２２】
したがって、上記構成によれば、半導体装置１は、出力用ＭＯＳＦＥＴ２の温度を検出する温度検出素子４１を設け、その検出結果に対応する検出信号が出力される検出信号出力端子を備えた温度検出回路４を、出力用ＭＯＳＦＥＴ２の入力回路３と電気的に絶縁された状態で設けてあるので、出力用ＭＯＳＦＥＴ２の入出力間の絶縁耐圧等の特性が改善されるものとなる。なお、上記実施の形態において、入出力間の絶縁耐圧は１５００Ｖ以上であることを確認している。
【００２３】
また、半導体装置１は、入力回路３が温度検出回路４と電気的に絶縁されているので、ノイズ等の影響を受けにくいものとなり、出力用ＭＯＳＦＥＴ２をオフさせ出力端子１ａ，１ｂ間を遮断させる保護動作が確実かつ迅速に実行されるものとなる。
【図面の簡単な説明】
【００２４】
【図１】本発明に係る半導体装置の実施の形態を示し、（ａ）は半導体装置の回路図、（ｂ）及び（ｃ）は、温度検出素子を示す回路図である。
【図２】同上の実施の形態に係る半導体装置の主要部を示す概略断面図である。
【図３】従来の半導体装置を示す回路図である。
【符号の説明】
【００２５】
１  半導体装置
１ａ，１ｂ  出力端子
１ｃ，１ｄ  入力端子
１ｇ，１ｈ，１ｉ，１ｊ，１ｋ  検出信号出力端子
２  出力用素子（ＭＯＳＦＥＴ）
２１  半導体基板
２４  絶縁膜
３  入力回路
３１  発光素子
３２  フォトダイオードアレイ
３３  充放電制御回路
４  温度検出回路
４１  温度検出素子
４２  フォトカプラ
【図１】
2005158840.tif 000003
【図２】
2005158840.tif 000004
【図３】
2005158840.tif 000005