JP6017901B2 - 半導体装置および計測装置 - Google Patents
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Description
<積算電力計の構成>
図1は、本発明の第1の実施形態に係る半導体装置1を備えた積算電力計10の斜視図である。積算電力量計10は、住宅などの外壁100に固定された固定板102に取付けられており、主として、本体部12と、本体部12を覆う透明のカバー14と、本体部12の下部に設けられた接続部16とで構成されている。
図2は、本発明の第1の実施形態に係る半導体装置1の構成を示す平面図、図3は図2における3−3線に沿った断面図である。なお、図2における左右方向をX方向と定め、上下方向を矢印Y方向と定め、X−Y平面と直交する方向をZ方向と定める。半導体装置1の外形形状は、平面視にて矩形状であり、骨格となるリードフレーム26と、リードフレーム26を構成するダイパッド26Aの第1の主面25A上に搭載された感温素子(温度センサ)27および発振子28と、ダイパッド26Aの第1の主面25Aとは反対側の第2の主面25B上に搭載された半導体チップ30と、ダイパッド26A上に搭載されたこれらの部材を封止するモールド樹脂32と、を含んで構成されている。
以下に、半導体装置1の制御回路60が、周波数補正量を導出するための各種データをレジスタ部70に格納するデータ格納処理について説明する。このデータ格納処理は、例えば半導体装置1の出荷前に実施される出荷検査時に行われる。
次に、上記したデータ格納処理が完了した半導体装置1における周波数補正処理について説明する。周波数補正処理とは、発振子28の周波数温度特性に起因して発振回路61および分周回路62の出力信号に生ずる周波数誤差を補正する処理をいう。
(1)式においてa、T0、bは、使用する発振子に応じて定まる定数であり、これらの値は発振子の固体ばらつきによって増減する。従って、実測値に基づいてa、T0、bを求めることにより発振回路61の周波数温度特性を正確に求めることが可能となる。制御回路60は、各レジスタ72〜74から読み出した周波数誤差および温度計測値を(1)式におけるfおよびTにそれぞれ代入することにより、a、T0およびbの値を導出し、これによって発振回路61の温度と周波数偏差の関係式(周波数温度特性)を導出する。
[第2の実施形態]
以下に本発明の第2の実施形態に係る半導体装置について説明する。図12(a)は、本発明の第2の実施形態に係る半導体装置2の構成を示す平面図、図12(b)は、図12(a)における12b−12b線に沿った断面図である。なお、図12においては、ダイパッド26A上の構成のみが抽出されて示されており、図2および図3において示されているリード38、電極パッド50、リード38と電極パッド50とを接続するボンディングワイヤ52およびモールド樹脂32などが省略されている。図13は、本実施形態に係る半導体装置2の機能的な構成を示すブロック図である。
[第3の実施形態]
以下に本発明の第3の実施形態に係る半導体装置について説明する。図17(a)は、本発明の第3の実施形態に係る半導体装置3の構成を示す平面図、図17(b)は、図17(a)における17b−17b線に沿った断面図である。なお、図17においては、ダイパッド26A上の構成のみが抽出されて示されており、図2および図3において示されているリード38、電極パッド50、リード38と電極パッド50とを接続するボンディングワイヤ52およびモールド樹脂32などが省略されている。図18は、半導体装置3の機能的な構成を示すブロック図である。
[第4の実施形態]
以下に本発明の第4の実施形態に係る半導体装置について説明する。上記の第1〜第3の実施形態に係る半導体装置では、所定期間毎に周波数補正処理が実行され、各周波数補正処理において周囲温度に応じた周波数補正量の導出が行われていた。これに対し、本実施形態に係る半導体装置は、前回の周波数補正処理の実行時において測定した温度からの変動量が所定値以上である場合にのみ新たな周波数補正量を導出し、前回の周波数補正処理の実行時において測定した温度からの変動量が所定値未満の場合には前回の周波数補正処理の際に導出した周波数補正量を用いて周波数補正処理を行うことにより処理を簡略化している。
[第5の実施形態]
以下に本発明の第5の実施形態に係る半導体装置について説明する。水晶発振子を用いた発振回路では、水晶発振子の経年劣化に起因して発振周波数が変化することが知られている。このため、発振回路の発振周波数を定期的に校正することが好ましい。発振回路の発振周波数の校正には正確なクロックが必要となるが、半導体装置の出荷後または半導体装置の計測装置等への設置後において正確なクロックを用いた発振周波数の校正は困難なものとなっていた。そこで、本実施形態に係る半導体装置では、温度変化に起因する周波数変化のみならず、発振子の劣化に起因する周波数変化を正確なクロックを用いることなく補正することを可能とする。
図24は、本発明の第6の実施形態に係る半導体装置6の構成を示す機能ブロック図である。半導体装置6は、半導体チップ30が発振回路61の出力端子に接続された電極パッド58を有し且つ測定カウンタおよび基準カウンタを備えていない点が上記した第1の実施形態に係る半導体装置1と異なる。電極パッド58は、ボンディングワイヤを介してリード38に接続されており、発振回路61の出力信号を外部に取り出すことが可能となっている。本実施形態では、低温、常温、高温の各温度環境において外部に取り出された発振回路61の出力信号を観測することにより各温度環境における発振回路61の周波数誤差が取得される。すなわち、各温度環境における発振回路61の周波数誤差は半導体装置6の外部で取得される。低温レジスタ72、常温レジスタ73および高温レジスタ75には、外部から供給される発振回路61の周波数誤差が温度計測値とともに格納される。このように本実施形態に係る半導体装置6によれば、周波数誤差の導出処理は外部で行われるので、上記した第1の実施形態における測定カウンタ81および基準カウンタ82が不要となり、半導体チップ30のサイズを小さくすることが可能となる。
図25は、本発明の変形例に係る半導体モジュール7の構成を示す斜視図である。半導体モジュール7は、リファレンスボード500と、リファレンスボード500上に搭載された半導体装置2aと、リファレンスボード500上に搭載され且つ半導体装置2aに接続されたキャパシタCGLおよびCDLと、を含んで構成されている。半導体装置2aは、上記した第2の実施形態に係る半導体装置2におけるキャパシタCGLおよびCDLを削除したものである。つまり、半導体モジュール7は、上記した第2の実施形態に係る半導体装置2に含まれていたキャパシタCGLおよびCDLを取り出してリファレンスボード500上で半導体装置2aに接続したものである。この構成をとる場合、半導体装置2a単体で周波数補正処理を実施することはできないが、半導体モジュール7として周波数補正を行うことが可能である。
10 積算電力計
25A 第1の主面
25B 第2の主面
26 リードフレーム
26A ダイパッド
26C、26D、26E、26F、26G、26H、26I、26J、26K 貫通孔
27 感温素子
28 発振子
30 半導体チップ
52、53a、53b、54、55、56、57 ボンディングワイヤ
60 制御回路
61 発振回路
62 分周回路
81 測定カウンタ
82 基準カウンタ
CGL、CDL キャパシタ
Claims (20)
- 発振子と、
前記発振子に接続された発振回路、前記発振回路の発振周波数に応じた周波数の計時信号を生成する計時回路、温度情報に基づいて前記計時信号の周波数を補正する周波数補正部を有する半導体チップと、
周囲温度を検出し検出した温度を前記温度情報として前記周波数補正部に供給する前記半導体チップとは別体の感温素子および前記発振子と前記発振回路との双方に電気的に接続された前記半導体チップとは別体のキャパシタの少なくとも一方を含むディスクリート素子と、
を単一のパッケージ内に含み、
前記発振子、前記半導体チップおよび前記ディスクリート素子がリードフレームに設けられ、
前記発振子および前記ディスクリート素子が、それぞれボンディングワイヤを介して前記半導体チップに電気的に接続されている
半導体装置。 - 前記ディスクリート素子が前記感温素子を含む
請求項1に記載の半導体装置。 - 前記発振子および前記感温素子が前記リードフレームの第1の主面上に搭載され、
前記半導体チップが前記リードフレームの前記第1の主面とは反対側の第2の主面上に搭載されている請求項2に記載の半導体装置。 - 前記リードフレームは、前記発振子および前記感温素子の端子部を前記第2の主面側に露出させる貫通孔を有し、
前記貫通孔を介して前記第2の主面側に露出した前記発振子および前記感温素子の各端子部に前記ボンディングワイヤが接続されている請求項3に記載の半導体装置。 - 前記発振子および前記感温素子は、それぞれ、2つの貫通孔の間の梁部の上に搭載されている請求項4に記載の半導体装置。
- 前記発振子および前記感温素子は、前記半導体チップと前記第1および第2の主面と平行な方向において重なる位置に設けられている請求項3乃至5のいずれか1項に記載の半導体装置。
- 前記感温素子は、温度変化に応じて抵抗値が変化するサーミスタである請求項2乃至6のいずれか1項に記載の半導体装置。
- 前記感温素子は、温度変化に応じて抵抗値が変化する抵抗体と、前記抵抗体を封止する封止部とを含み、
前記発振子は、振動片と、前記振動片を真空封止する封止部と、を含む請求項2乃至7のいずれか1項に記載の半導体装置。 - 前記発振子と前記感温素子との間の距離は、前記発振子と前記半導体チップとの距離よりも長い請求項2乃至8のいずれか1項に記載の半導体装置。
- 前記ディスクリート素子は前記キャパシタを含み、
前記発振子、前記半導体チップおよび前記キャパシタがリードフレーム上に設けられ、
前記発振子と前記キャパシタとがボンディングワイヤを介して電気的に接続され、
前記キャパシタと前記半導体チップとがボンディングワイヤを介して電気的に接続されている請求項1に記載の半導体装置。 - 前記発振子および前記半導体チップが前記リードフレームの第1の主面上に搭載され、
前記キャパシタが前記リードフレームの前記第1の主面とは反対側の第2の主面上に搭載されている請求項10に記載の半導体装置。 - 前記リードフレームは、前記キャパシタの端子部を前記第1の主面側に露出させる貫通孔を有し、
前記貫通孔を介して前記第1の主面側に露出した前記キャパシタの端子部に対して前記ボンディングワイヤが接続されている請求項11に記載の半導体装置。 - 前記キャパシタは、前記発振子と前記半導体チップの間に配置されている請求項10乃至12のいずれか1項に記載の半導体装置。
- 前記キャパシタは、前記発振回路の周波数温度特性を相殺するように作用する温度特性を有する請求項10乃至13のいずれか1項に記載の半導体装置。
- 前記リードフレームは、接地電位が印加されている請求項2乃至14のいずれか1項に記載の半導体装置。
- 前記キャパシタは、一方の端子部が導電性接合材を用いて前記リードフレームに接合され、他方の端子部がボンディングワイヤを用いて接続されている請求項15に記載の半導体装置。
- 前記周波数補正部は、前記温度情報を格納する第1のレジスタと、前記温度情報に基づいて導出した前記計時信号の周波数補正量を格納する第2のレジスタと、を含み、前記第1のレジスタに格納された前回の周波数補正時の温度情報によって示される温度と前記感温素子から供給された今回の周波数補正時の温度情報によって示される温度との差分が所定値以上であった場合には前記感温素子から供給された今回の周波数補正時の温度情報に基づいて前記計時信号の周波数補正量を導出して導出した周波数補正量に基づいて前記計時信号の周波数補正を行い、前記差分が所定値未満であった場合には前記第2のレジスタに格納されている前回の周波数補正時の温度情報に対応する周波数補正量に基づいて前記計時信号の周波数補正を行う請求項1乃至16のいずれか1項に記載の半導体装置。
- 前記周波数補正部は、温度変化に起因する前記計時信号の周波数変化を補正するための第1の周波数補正量と、前記発振子の経年劣化に起因する前記計時信号の周波数変化を補正するための第2の周波数補正量とを導出し、導出した前記第1および第2の周波数補正量に基づいて前記計時信号の周波数を補正する請求項1乃至17のいずれか1項に記載の半導体装置。
- 前記周波数補正部は、前記発振子の経年変化に起因する前記計時信号の周波数変化量を記憶した記憶部と、累積時間をカウントする計時カウンタと、を有し、前記計時カウンタのカウント値が所定値となったときに前記記憶部に記憶された周波数変化量に基づいて前記第2の周波数補正量を導出する請求項18に記載の半導体装置。
- 発振子と、前記発振子に接続された発振回路、前記発振回路の発振周波数に応じた周波数の計時信号を生成する計時回路、温度情報に基づいて前記計時信号の周波数を補正する周波数補正部を有する半導体チップと、周囲温度を検出し検出した温度を前記温度情報として前記周波数補正部に供給する前記半導体チップとは別体の感温素子および前記発振子と前記発振回路との双方に接続された前記半導体チップとは別体のキャパシタの少なくとも一方を含むディスクリート素子と、を単一のパッケージ内に含む半導体装置と、
前記計時信号に基づいて生成した時刻情報に対応付けて計測対象の計測を行う計測部と、
を含む計測装置。
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