CN1246897C - 多芯片组件和多芯片关闭方法 - Google Patents

Abstract

在多芯片组件及其关闭方法中，提供一个在第一设置温度时关闭自己的用于稳压的半导体芯片，和一个与用于稳压的半导体芯片位于同一封装体内，在第二设置温度时关闭自己的用于放大器的半导体芯片。当用于稳压的半导体芯片达到比第一设置温度更低的第三设置温度时，用于稳压的半导体芯片被提供用于通过总线输出强制关闭用于放大器的半导体芯片的信号的装置。

Description

多芯片组件和多芯片关闭方法

技术领域

本发明涉及其中在同一封装体内安排例如IC(集成电路)和LSI(大规模集成)器件的多个半导体芯片的多芯片组件，特别涉及用于防止过热而具有温度控制功能的多芯片组件。

背景技术

近年来，已经实现了包括计算机和***设备、如蜂窝电话的移动设备、如车辆导航***的车载设备等电子电路的递增的密度，并且对于缩小尺寸、增加集成和具有更大IC和LSI包装容量具有强烈的需求。另一方面，对于制作在一个单个芯片(例如，一个单个的硅基片)上包括多个IC和/或LSI器件的LSI***具有强烈的期望。然而，用于提高集成而在一个单个芯片上的设计增加研究费用和时间，并且需要巨大投资和其他等。为了提供一个单个LSI，近年来，作为来自封装技术的一种方法，一种用于将多个半导体芯片安装和密封于一个单个封装体内的所谓多芯片组件技术，已经引人注意起来。

与在相对大面积上安装电阻、电容等分立元件的印刷电路板上的多个半导体芯片的传统互连相比，多芯片组件技术有效地降低了连接方式的整体长度、缩小尺寸并且也改善了包括减少EMI(电磁干扰)的噪音性能。同时，除了不须改变而安装现有LSI器件及因此本质上维持了与传统封装相同的可靠性的能力之外，对于显著减少开发所需的时间是可能的。而且，在各种组合中安装不同制造处理的组件是可能的，从而提供更通用并且还能降低费用的半导体器件。

发明内容

每个集成半导体芯片提供有一个热关闭电路(也就是过热保护电路)是普遍的。热关闭电路是一种电路，设计为当芯片由于功率过大等而产生过多热量时，通过禁用芯片和降低器件的功耗，而保护每个芯片以避免热应力。构成一个多芯片的半导体芯片分别单独提供有一个热关闭电路用于通过利用这种关闭电路分别关闭。因为在一个多芯片中，多个半导体芯片被安排得彼此相邻，来自相邻半导体芯片产生的热量相互影响，从而产生不需要的关闭。特别地，存在一个问题是，不应该关闭的半导体芯片在产生大量热量的相邻半导体芯片的影响下达到高温，因此关闭了该半导体芯片。

另外，在关闭温度的设置是可变的情况下，具有较高设置温度的半导体芯片的关闭可以更早地产生，这里关闭可以发生自具有一个较低设置温度的半导体芯片。进一步，当半导体芯片被规定以预定优先权次序而关闭的时候，需要通过考虑这些变化而区分设置温度。在当一个半导体芯片的设置温度改变的情况下，如，接近±10℃，需要区分设置温度接近20℃，在设计上从可靠性观点出发几乎是不可能的。而且，在这种情况下，关闭具有较高优先权的半导体芯片，需要具有一个设置温度以达到极限低值，因而导致关闭过于频繁。

考虑到上述技术问题，构思了本发明，提供了一种在单个封装体内安排有多个半导体芯片，并能够适当关闭每个半导体芯片的所谓多芯片组件。

本发明目的在于通过为每个半导体芯片提供优先权次序，不需要特别注意每个半导体芯片设置温度的变化，来实现关闭。

同时，本发明目的在于提供一种控制安装在这种多芯片组件内的半导体芯片的关闭、而不需要特殊外部控制的多芯片组件。

根据本发明优选实施例的多芯片组件包括位于一个相同封装体内的当分别达到一个预定温度时能够自动关闭的第一半导体芯片和第二半导体芯片，该多芯片组件包括：一个设置温度检测装置，被提供在所述第一半导体芯片中，用于检测所述第一半导体芯片是否已经到达一个预先设置的设置温度；和一个强制关闭装置，基于通过所述设置温度检测装置的所述设置温度的检测，来强制关闭所述第二半导体芯片，其中由所述设置温度检测装置检测的所述设置温度包括比所述第一半导体芯片的关闭温度低的温度。

另外，优选的是，该多芯片组件具有比第一半导体芯片关闭的温度更低的由设置温度检测装置检测的设置温度。同时，优选的是，该多芯片组件具有基于从第一半导体芯片输出的一个关闭信号关闭第二半导体芯片的强制关闭装置。进一步，第一半导体芯片可以是一个功率半导体芯片，用于向一个车载音频设备提供一个预定电子功率；和第二半导体芯片可以是一个放大半导体芯片，用于放大一个车载音频设备的音频信号。

根据本发明另一个优选实施例，提供一个多芯片组件包括：基于第一设置温度而关闭自己的第一半导体芯片；和与第一半导体芯片位于同一封装体内并基于第二设置温度关闭自己的第二半导体芯片；当达到低于第一设置温度的第三设置温度时，第一半导体芯片输出用于关闭第二半导体芯片的信号。

进一步，根据本发明优选实施例为具有用于关闭的优先权次序并位于同一封装体内多个半导体芯片的多芯片提供多芯片关闭方法，包括：确定具有最低关闭优先权的第一半导体芯片是否已经达到一个设置温度；和如果第一半导体芯片已经达到该设置温度时，强制关闭具有较高关闭优先权的第二半导体芯片。

结果，根据本发明优选实施例，具有在一个单一封装体内安排的多个半导体芯片的所谓多芯片组件可以具有适当的关闭的每个半导体芯片。

附图说明

通过结合附图对本发明的示例实施例的下列说明，对于本领域普通技术人员而言，本发明的上述和其他目的、特点和优点将会变得更加清楚，其中：

图1示出了应用本发明一个优选实施例的半导体多芯片组件结构；

图2示出了根据本发明一个优选实施例的用于稳压的半导体芯片的结构；

图3示出了根据本发明一个优选实施例的用于放大器的半导体芯片的结构；

图4是示出了根据本发明一个优选实施例的在用于稳压的半导体芯片的温度保护电路中的关闭过程的流程图。

具体实施方式

现在，将参考附图在下文详细描述本发明的一个优选实施例。

图1示出了应用本发明一个优选实施例的半导体多芯片组件结构。在图1中，多芯片组件10包括作为第一半导体芯片的用于稳压的半导体芯片30和安排在基片11上并装配在一个单个封装体内作为第二半导体芯片的用于放大器的半导体芯片50。用于稳压的半导体芯片30和用于放大器的半导体芯片50被提供有由形成在基片11上的互连模式(引线框)12构成的终端13。在图1所示实施例中，由多个终端13构成的封装体具有，例如，12个脚输出。用于稳压的半导体芯片30和用于放大器的半导体芯片50通过总线14被相互连接。在封装体内提供简单控制线代替封装体内提供的总线14也是可能的。在用于稳压的半导体芯片30和用于放大器的半导体芯片50之间通过利用总线14而执行芯片间通信。

在本发明优选实施例中的多芯片组件10能够应用在，例如，车辆中安装的音频设备。特别地，安装在车辆中的设备经常在高温下使用，并且安装在车辆中的多数音频设备需要具有高的输出功率。装配在多芯片组件10中的用于稳压的半导体芯片30被设计用来提供各种的电压，例如9伏特、5伏特和3伏特等如安装在车辆中的音频设备所需要的。另一方面，装配在多芯片组件10中用于放大器的半导体芯片50放大音频信号并且驱动扬声器，例如，安装在车辆中的音频设备。将假设在各芯片中产生过热时，通过禁止芯片以降低设备功耗来保护各芯片避免热应力的装置提供给用于稳压的半导体芯片30和用于放大器的半导体芯片50。

图2示出了用于稳压的半导体芯片30的结构。本发明优选实施例中所使用的用于稳压的半导体芯片30包括，例如用于稳压的五个调整器(31-1到31-5)，并提供操作设备所需的各种电压。还包括参考电压产生电路32用于产生一个与内部功率供应电压电平相同的参考电压Vref；温度保护电路33，基于对用于稳压的半导体芯片30里的温度升高的检测，输出关闭指令；保护电路34，用于例如当提供几十伏的电压的高电压时，通过关闭调整器(31-1到31-5)的输出而保护芯片；总线控制电路35，用于例如依照I2C(内部集成电路)标准，执行与用于放大器的半导体芯片50之间的信息传输。由菲利浦电子建议的I2C是一个串行接口，用于由SCL(串行时钟)和SDA(串行数据)执行设备之间的信息传输。在本发明这个优选实施例中，例如用于稳压的半导体芯片30作为主片，而用于放大器的半导体芯片50作为从片，因此，经由总线14从用于稳压的半导体芯片30向用于放大器的半导体芯片50输出关闭信号。预定设置温度的信息(也就是将在后面描述的第一和第三设置温度)被存储在温度保护电路33中提供的存储器或者任何其他位置上的存储器中。

由参考电压产生电路32产生的参考电压Vref提供给调整器(31-1到31-5)，并且提供给参考电压产生电路32的电压是提供给诸如安装在车辆中的音频设备的内部电路的内部功率供应电压。温度保护电路33被提供有连接在电源电压和接地点之间的电热调节器，并提供依赖于温度变化而变化的电子电阻，以及通过该电热调节器的电子电阻而检测温度升高。当预先存储的预定温度(例如，180℃作为第一设置温度)已经到达时，采取控制以关闭从调节器(31-1到31-5)的输出，并因此中断从调节器(31-1到31-5)的输出。将第一设置温度设置为它自身温度保护的适合温度。当已达到低于上述第一设置温度的预定设置温度(例如，170℃作为第三设置温度)时，温度保护电路33也输出关闭信号到总线控制电路35。

图3示出了根据本发明一个优选实施例的放大器半导体芯片50的结构。在本发明该优选实施例中使用的用于放大器的半导体芯片50包括：提供26dB增益到例如四声道(即右前方(RF)、左前方(LF)、右后方(RR)和左后方(LR))扬声器的放大器(51-1到51-4)。同时提供静音电路(52-1到52-4)，在例如关电、额外大输入或其他类似情况下，实现输出静音功能，备用/静音电路53用于降低在开机或其他时间带来的POP噪声，保护电路(54-1到54-4)，用于基于检测温度升高或错误连接而中断放大器输出，和总线控制电路55，用于依照I2C通过总线14执行与用于稳压的半导体芯片30之间的信息传输。应该注意，也能够通过与I2C不相符合的简单内部总线而执行信息传输。

在已经到达预定温度(如，170℃作为第二设置温度)的时候，保护电路(54-1到54-4)关闭来自放大器(51-1到51-4)的输出。同样依照来自用于稳压的半导体芯片30的通过总线控制电路55接收的指令关闭来自放大器(51-1到51-4)的输出。换句话说，用于放大器的半导体芯片50依赖于内部设置预定温度(如，170℃作为第二设置温度)而在高温度被关闭，同时也依赖于组成该多芯片组件的用于稳压的半导体芯片30所检测的温度而被关闭。预先设定的设置温度(第二设置温度)由自己判定为用于放大器的半导体芯片50的温度保护功能的适合温度。由保护电路(54-1到54-4)的设置来判定设置温度的信息。设计将这些设置存储在保护电路(54-1到54-4)或任何其他位置上的存储器中是可能的。

现在，下面将描述在高温度下的关闭操作。

在高温度下，用于稳压的半导体芯片30和用于放大器的半导体芯片50在温度保护电路33和保护电路(54-1到54-4)的控制下由它们自己进行关闭。应注意，将用于稳压的半导体芯片30和用于放大器的半导体芯片50安排在一个单个封装体内以定义提供有利用例如散热片或其他(未示出)的冷却装置的多芯片组件10。然而，芯片之一的温度上升可以引起其他芯片的温度上升，形成对比的是，如，用于稳压的半导体芯片30中有大约30瓦的内部功率消耗，用于放大器的半导体芯片50提供高输出功率，如50瓦×4通道＝200瓦，并且还有大约20瓦内部功率消耗。因此，虽然用于稳压的半导体芯片30通常由它本身产生热量引起关闭，但存在在具有较大内部功率消耗的用于放大器的半导体芯片50产生的热量影响下，用于稳压的半导体芯片30关闭的情况。

另外，在用于放大器的半导体芯片50内，一种情况下，如，当使用者设置音量非常高，在IC中产生的热量增加以由保护电路(54-1到54-4)关闭放大器(51-1到51-4)的输出，因此降低了扬声器的声音输出。随后，当温度下降时，恢复输出以重新获得扬声器的声音输出。因此，虽然音频输出频繁中断，但从关闭的恢复是非常快的，所以仅在其他器件上引起很小的影响。另一方面，在用于稳压的半导体芯片30中断的情况下，对整个设备的电力供应停止，因此关闭了对如CD、MD和其他的驱动器的电力供应。其结果是，对于如机械控制板等机械元件在关闭之后恢复稳定操作是需要花费一些时间的。用于稳压的半导体芯片30和用于放大器的半导体芯片50最好这样操作以使得用于放大器的半导体芯片50首先关闭，然后用于稳压的半导体芯片30才关闭。换句话说，最好是，将用于放大器的半导体芯片50的关闭优先权次序设置得比用于稳压的半导体芯片30的高。

因此在本发明的优选实施例中，如上文所描述的，用于稳压的半导体芯片30的温度保护电路33和用于放大器的半导体芯片50的保护电路(54-1到54-4)的关闭设置温度是有区别的。具有较高关闭优先权的用于放大器的半导体芯片50的设置温度(第二设置温度)设定得低(如，170℃)，用于稳压的半导体芯片30的设置温度(第一设置温度)设定得高(如，180℃)。在这种结构下，放大器输出的关闭理论上优先于供电关闭，因此当关闭发生时，能使得对用户的影响最小。

然而，利用温度保护电路33和保护电路(54-1到54-4)的关闭电路在关于设置温度的实际操作中引起特定的改变。假定指定为温度保护电路33和保护电路(54-1到54-4)的设计值的设置温度的操作改变了，如±10℃，为了保证与优先权次序相符合的正确操作，需要用20℃来区别设置温度。然而，需要设置甚至更高的温度作为关闭设置温度之一，因此牺牲了在更可靠的温度范围内的操作。为了减轻这样的问题，本发明的该优选实施例为用于稳压的半导体芯片30的温度保护电路33设定一个较低设置温度(第三设置温度)，用于稳压的半导体芯片30的温度保护电路具有比用于稳压芯片的半导体芯片30关闭自己的设置温度(第一设置温度)更低的关闭优先权次序。作为结果，用于放大器的半导体芯片50经过总线14根据第三设置温度的检测被强制关闭。

在这种情况下，不管用于放大器的半导体芯片50的关闭条件如何，都从用于稳压的半导体芯片30中输出关闭信号。作为结果，不管温度保护电路33和保护电路(54-1到54-4)之间的变化存在与否或变化大小，芯片从较高到较低优先权顺序被连续关闭，使得保护了整个多芯片组件10以避免高温所带来的麻烦。虽然上述第三设置温度比第一设置温度设定得低，要注意的是，第三设置温度能够设置成与用于放大器的半导体芯片50的设置温度(第二设置温度)相同或者不同。换句话说，第三设置温度能够独立于第二设置温度来设置。

图4是显示已经在上文描述的用于稳压的半导体芯片30的温度保护电路33的关闭过程的流程图。在温度保护电路33中，在步骤S101)，检测用于稳压的半导体芯片30中的温度。在步骤S102，通过检测，判决检测温度是否到达预定设置温度(如170℃)，该预定设置温度低于在假定发生由它自己关机的时候的第一设置温度(如180℃)。如果检测温度没有达到第三设置温度，继续判决。另一方面，在步骤S103)，如果判断第三设置温度已经达到，则通过总线控制电路35将关闭信号输出到用于放大器的半导体芯片50。接着在步骤S104，判断第一设置温度(如180℃)是否已经达到。如果还没有达到，程序返回至步骤102。另一方面，如果第一设置温度已经达到，在步骤S105来自调整器(31-1到31-5)的输出被自己中断，关闭程序结束。接着，在温度返回至安全级别的情况下，将执行恢复调整器(31-1到31-5)的恢复程序。注意在步骤S103中，通过对具有大功率消耗的用于放大器的半导体芯片50的关闭，可能降低用于稳压的半导体芯片30自关闭的频率。

如上文描述，在包括多个因为每个芯片的功能而具有预定关闭优先权次序的半导体芯片的这样的多芯片中，将本发明配置为准确判定关闭的优先权次序。为此目的，在多个半导体芯片中，在能延迟关闭的半导体芯片(即具有较低关闭优先权次序)中，设定比自关闭发生时的设置温度更低的设置温度。作出这种配置使其他半导体芯片组成多芯片，即假定更早关闭(具有较高关闭优先权次序)的半导体芯片被强迫在一个半导体芯片的温度已经达到较低设置温度的时候关闭。

在上述配置中，使得解决与多芯片组件相关的下列问题成为可能，其中每个设计为独立关闭的多个半导体芯片被安排在一个单一封装体内：

①在由半导体芯片之间的相互热影响导致的不希望情况下发生关闭；

②半导体器件在不期望情况下经历高温和在产生大量热量的芯片影响下频繁关闭；

③关于关闭温度，由于每个半导体芯片实际关闭的温度变化，存在具有较高关闭优先权次序的半导体芯片比其他芯片关闭更晚的情况；

④如果考虑到这种变化而判定设置温度，设置温度之差将变得很大，并且由此较高关闭优先权次序的半导体芯片的设置温度变得非常低，以至关闭非常频繁。另一方面，较低关闭优先权次序的半导体芯片的设置温度会非常高，因此强制在不可靠温度范围内使用这种半导体芯片并缩小其寿命。

换句话说，根据本发明该优选实施例，在一个单个封装体内排列多个半导体芯片的多芯片组件中，半导体芯片能够以独立于每个半导体芯片的温度特性变化的所需顺序次序而被关闭。同时，它可以避免提供关闭每个半导体芯片的设置温度中不需要的大界限的需要。而且，它能够通过采用多芯片中总线或者一个简单控制线来进行内部处理，因此使它不必要执行外部控制。

应注意的是本发明的优选实施例描述的多芯片组件包括两个(如第一和第二)半导体芯片，但是本发明能够应用到包括超过两个半导体芯片的任何多芯片组件中，即包括第三半导体芯片、第四半导体芯片等。在这种情况下，由相对较低关闭优先权次序的芯片(即期望尽可能晚激活的芯片)强制关闭较高关闭优先权次序的芯片是可能的。在这个时候，一个芯片为控制关闭多个芯片可能提供有多个阈值级别(设置温度)。可选择地，提供每个定义第一和第二半导体芯片之间的关系的多对是可能的。

虽然已以其特定优选实施例详细描述了本发明，但其他改变、变化、组合和次组合仍是可能的。因此应明白在不脱离本发明的范围和精神的情况下，可以非特定描述的其他变形实现该发明。

例如，虽然在上述本发明优选实施例中，多个半导体芯片以并行关系安排，本发明可以将多芯片组件中多个半导体芯片以堆栈形式提供。同时，在上述本发明优选实施例中，已描述了提供多芯片组件到装配在车辆上的音频设备的例子，但是本发明将没有限定只针对这种音频设备，也可以应用到多芯片组件的其他应用中去。

本申请要求于2002年8月1日在日本专利局提交的第JP2002-224977号日本申请的优先权，这里在法律许可的范围引用，以供参考。

Claims (8)

1.一种包含在同一封装体内的多芯片组件，包括在各自达到一个预定温度时自动关闭的第一半导体芯片和第二半导体芯片，所述多芯片组件包括：

设置温度检测装置，用于提供在所述第一半导体芯片中，检测所述第一半导体芯片是否已经达到一个预先设定的设置温度；

强制关闭装置，用于基于所述设置温度检测装置对所述设置温度的检测，而强制关闭所述第二半导体芯片，

其中由所述设置温度检测装置检测的所述设置温度包括比所述第一半导体芯片的关闭温度低的温度。

2.根据权利要求1的多芯片组件，其中所述强制关闭装置基于从所述第一半导体芯片输出的关闭信号，而关闭所述第二半导体芯片。

3.根据权利要求1的多芯片组件，其中所述第一半导体芯片包括功率半导体芯片，用于提供预定电子功率给车载音频设备；且所述第二半导体芯片包括放大半导体芯片，用于放大所述车载音频设备的音频信号。

4.一种多芯片组件包括：

第一半导体芯片，基于第一设置温度关闭自己；和

第二半导体芯片，与所述第一半导体芯片位于同一封装体内，基于第二设置温度关闭自己；其中

当达到比所述第一设置温度低的第三设置温度时，所述第一半导体芯片输出用于关闭所述第二半导体芯片的信号。

5.根据权利要求4的多芯片组件，其中所述第二设置温度包括比所述第一设置温度低的温度。

6.根据权利要求4的多芯片组件，其中所述第三设置温度包括与所述第二设置温度相同或者不同的温度。

7.一种用于多芯片的多芯片关闭方法，所述多芯片含有位于同一封装体内的具有关闭优先权次序的多个半导体芯片，所述方法包括步骤：

判断具有最低关闭优先权的第一半导体芯片是否已经达到设置温度；和

如果所述第一半导体芯片已经达到所述设置温度，则强制关闭具有较高关闭优先权的第二半导体芯片。

8.根据权利要求7的多芯片关闭方法，其中如果达到比所述设置温度高的预先设置温度，则所述第一半导体芯片自己关闭。

Images