JP6637374B2 - 半導体装置及び温度センサ - Google Patents
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Description
実施形態1に係る半導体装置を説明する。まず、実施形態1に係る半導体装置の構成を説明する。図4は、実施形態1に係る半導体装置1を例示した構成図である。図4に示すように、半導体装置1は、温度センサモジュール10、テストモジュール20、記憶部30及び制御部40を含んでいる。なお、半導体装置1は、車載情報端末に用いられる半導体装置1に限らず、携帯情報端末、高速計算機等任意の半導体機器に用いられてもよい。
その後、所定の工程を経て、実施形態1に係る半導体装置1は製造される。
本実施形態の半導体装置1によれば、特性式を算出するための低温及び高温におけるディジタル値を、プリント基板に実装する前のウェーハ状態において算出している。ウェーハ状態における低温及び高温は、半導体装置1の絶対温度を直接測定して求めた温度である。よって、特性式を高確度に算出することができる。
なお、実施形態1に係る半導体装置1では、不特定の温度Tjを1点のみに特定して特性式を算出しているが、実施形態1の変形例1に係る半導体装置は、不特定の温度1点の場合のみに限られない。不特定温度Tj_1、Tj_2、…、Tj_nのように特定する不特定温度の数を増やした場合、より高確度な補正が可能な特性式を算出することができる。このように、変形例1に係る半導体装置の制御部30は、複数の任意のセンサ電圧値から、温度センサモジュール10が複数の任意のセンサ電圧値を出力する複数の温度を特定し、特性式を算出する。
次に、センサ電圧値及びディジタル値を測定する温度の個数について説明する。まず、センサ電圧値を測定する温度の個数について説明する。実施形態1に係る半導体装置1では、図7で示したように、製造工程時におけるウェーハ状態において測定する特定の温度として、低温及び高温の2つの温度を設定した。そして、低温及び高温におけるセンサ電圧値(VsenseC_L)(51)及びセンサ電圧値(VsenseC_H)(52)を測定することにより、特性式50を算出したが、温度の個数はこれに限られない。
図10に示すように、変形例3に係る半導体装置では、製造工程時におけるウェーハ状態において測定する特定の温度として、例えば、高温の1点の温度に設定し、高温におけるセンサ電圧値(VsenseC_H)(52)を測定することにより、特性式50を算出する。この場合にも、センサ電圧値(VsenseC)の傾きの値が予め記憶部30に記憶されている。
次に、ディジタル値を測定する温度の個数について説明する。実施形態1では、図8で示したように、製造工程時におけるウェーハ状態において測定する特定の温度として、低温、高温の2つの温度を設定した。そして、低温及び高温におけるディジタル値THCODE_L(61)及びディジタル値THCODE_H(62)を測定し、これらと常温におけるディジタル値THCODE_T(63)を組み合せることによって、特性式71及び72を算出したが、温度の個数はこれに限られない。
また、図12に示すように、変形例5に係る半導体装置では、製造工程時におけるウェーハ状態において測定する特定の温度として、例えば、高温の1点の温度に設定してもよい。制御部40は、高温におけるディジタル値THCODE_H(62)を測定する。そして、プリント基板に実装した後に測定した常温におけるディジタル値THCODE_T(63)と共に用いることにより、特性式72を算出してもよい。
さらに、製造工程時におけるウェーハ状態において測定する特定の温度を、3つ以上の温度としてもよい。この場合には、3つ以上の温度に、低温及び高温のいずれか一方または低温及び高温の両方を含んでもよい。
また、図14に示すように、変形例7に係る半導体装置では、製造工程時におけるウェーハ状態において測定する特定の温度として、図13と同様の4点の温度に設定し、各温度に対応したディジタル値(THCODE)61、64、62及び65を測定する。そして、プリント基板に実装した後に測定した常温におけるディジタル値THCODE_T(63)を測定する。制御部40は、4点の温度と、4点の温度各々に対応するディジタル値と、常温におけるディジタル値THCODE_T(63)とから、特性式71及び72を算出してもよい。このようにして算出することにより高確度で温度及び電源電圧を測定することができる。なお、特性式を複数算出してもよい。
次に、実施形態2に係る半導体装置を説明する。温度センサモジュール10は、長期間使用すると、経年変化により、アナログ特性に変化が生じる。そのため、半導体装置1の使用保証期間、例えば、7〜15年において、高確度な半導体装置1の温度Tjの測定を維持するためには、温度センサモジュール10の温度特性の経年変化の補正が必要となる。本実施形態は、温度特性の経年変化の対応策となるものである。
このようにして補正した特性式71b及び72bを用いて、半導体装置2の温度をモニタする。
実施形態2の半導体装置2によれば、リファレンス用の温度センサモジュール10aを通常稼動用の温度センサモジュール10bに対して隣接配置させることで、両者に略同一の温度を測定させることができる。
次に、実施形態3に係る半導体装置3を説明する。実施形態3は、半導体装置3に、リファレンス用及び通常稼働用の温度センサモジュール以外の1つ以上の温度センサモジュールを配置させ、それらの温度センサモジュールに対しても差分を用いて補正する。図19は、実施形態3に係る半導体装置3を例示した構成図である。
本実施形態の半導体装置3によれば、実施形態2で算出した経年変化による差分を各温度センサモジュールに適用して各温度センサモジュールの特性式を補正している。半導体装置3内の各温度センサモジュールは、略同一の経年変化をしたものと考えられるから、温度センサモジュール10a及び温度センサモジュール10bにより算出した差分を、各温度センサモジュールに特有の各特性式に適用することによって、各温度センサモジュールが有する特性に対して経年変化の補正をすることができる。よって、温度及び電源電圧を高確度に測定することができる。
半導体装置の温度測定方法をコンピュータに実行させるプログラムであって、
前記半導体装置は、
温度に関して非線形のディジタル値及び前記温度に対して略線形のセンサ電圧値を出力する温度センサモジュールと、
前記温度、前記ディジタル値及び前記センサ電圧値を記憶する記憶部と、
前記記憶部に記憶された前記温度、前記ディジタル値及び前記センサ電圧値を用いて特性式を算出する制御部と、
を含み、
前記半導体装置が前記プリント基板に実装される前に、
任意の常温よりも低温の絶対温度測定下における第1温度と、前記第1温度において前記温度センサモジュールによって出力された第1ディジタル値及び第1センサ電圧値と、
前記常温よりも高温の絶対温度測定下における第2温度と、前記第2温度において前記温度センサモジュールによって出力された第2ディジタル値及び第2センサ電圧値と、を前記記憶部に記憶させるステップと、
前記半導体装置が前記プリント基板に実装された後に、
前記常温において前記温度センサモジュールによって出力された第3センサ電圧値を、前記制御部が前記第1温度、前記第2温度、前記第1センサ電圧値及び前記第2センサ電圧値を用いて算出した略線形のセンサ特性式に代入することにより算出した第3温度であって、前記常温の温度として特定された第3温度と、前記第3センサ電圧値とともに出力された第3ディジタル値と、を前記記憶部に記憶させるステップと、
前記制御部に、前記第1温度、前記第1ディジタル値、前記第3温度及び前記第3ディジタル値により第1特性式を算出させ、前記第3温度、前記第3ディジタル値、前記第2温度及び前記第2ディジタル値により第2特性式を算出させるステップと、
前記制御部に、前記温度センサモジュールによって出力された前記ディジタル値が前記第3ディジタル値よりも小さい場合には、出力された前記ディジタル値を前記第1特性式に代入することによって前記温度を算出させ、前記温度センサモジュールによって出力された前記ディジタル値が前記第3ディジタル値よりも大きい場合には、出力された前記ディジタル値を前記第2特性式に代入することによって前記温度を算出させるステップと、
を実行させるプログラム。
前記温度センサモジュールを複数有し、
起動時に、相互に隣接した一方及び他方の前記温度センサモジュールを動作させるステップと、
起動後に、前記一方の温度センサモジュールの動作を停止させ、前記他方の温度センサモジュールの動作を継続させるステップと、を有し、
前記動作させるステップにおいて、
前記一方の温度センサモジュールに、起動時における複数の第1起動時ディジタル値を測定させ、
前記制御部に、複数の前記第1起動時ディジタル値を、前記一方の温度センサモジュールの前記第1特性式または前記第2特性式に代入することによって起動時における複数の第1起動時温度を算出させ、
前記他方の温度センサモジュールに、起動時における複数の第2起動時ディジタル値を測定させ、
前記制御部に、複数の前記第1起動時温度を、前記他方の温度センサモジュールの前記第1特性式または前記第2特性式に代入することによって算出した第3起動時ディジタル値と、前記第2起動時ディジタル値と、の間の差分を算出させ、算出した前記差分を用いて、前記他方の温度センサモジュールの前記第1特性式及び前記第2特性式の少なくともいずれか一方を補正させる上記記載のプログラム。
前記半導体素子の電源電圧をモニタする電源電圧モニタ部を含み、
前記制御部に、前記差分を用いて、前記電源電圧を補正させるステップを有する上記記載のプログラム。
前記一方の温度センサモジュール及び前記他方の温度センサモジュール以外の1つ以上のその他の温度センサモジュールにおいて、
前記制御部に、前記差分を用いて、各前記その他の温度センサモジュールの前記第1特性式及び前記第2特性式の少なくともいずれか一方を補正させる上記記載のプログラム。
温度に関して非線形のディジタル値及び前記温度に関して略線形のセンサ電圧値を出力する温度センサモジュールと、
前記温度、前記ディジタル値及び前記センサ電圧値を記憶する記憶部と、
前記記憶部に記憶された前記温度、前記ディジタル値及び前記センサ電圧値を用いて特性式を算出する制御部と、
を含み、
前記記憶部に記憶された前記温度、前記ディジタル値及び前記センサ電圧値には、絶対温度測定下における絶対温度、前記絶対温度における前記ディジタル値及び前記絶対温度における前記センサ電圧値が含まれる温度センサ。
前記絶対温度は、第1温度及び前記第1温度よりも高温の第2温度を含み、
前記ディジタル値は、前記第1温度における第1ディジタル値及び前記第2温度における第2ディジタル値を含み、
前記記憶部は、さらに、
前記第1温度よりも高温で前記第2温度よりも低温の第3温度と、
前記第3温度における第3ディジタル値と、
を含む付記2に記載の温度センサ。
前記絶対温度は、前記温度センサがプリント基板に実装される前に前記温度センサモジュールが出力した前記温度であり、
前記第3温度は、前記温度センサが前記プリント基板に実装された後に前記温度センサモジュールが出力した温度である付記2に記載の温度センサ。
前記制御部は、
前記第1温度、前記第1ディジタル値、前記第3温度及び前記第3ディジタル値を用いて第1特性式を算出し、
前記第3温度、前記第3ディジタル値、前記第2温度及び前記第2ディジタル値を用いて第2特性式を算出する付記2または付記3に記載の温度センサ。
前記制御部は、
前記温度センサモジュールによって出力された前記ディジタル値が前記第3ディジタル値よりも小さい場合には、前記第1特性式に、前記ディジタル値を代入することによって前記温度を算出し、
前記温度センサモジュールによって出力された前記ディジタル値が前記第3ディジタル値よりも大きい場合には、前記第2特性式に、前記ディジタル値を代入することによって前記温度を算出する付記4に記載の温度センサ。
前記第1温度は、任意の常温よりも低温であり、
前記第2温度は、前記常温よりも高温であり、
前記記憶部は、前記絶対温度測定下における前記センサ電圧値として、
前記第1温度における第1センサ電圧値と、前記第2温度における第2センサ電圧値と、を含み、
さらに、前記記憶部は、前記センサ電圧値として、前記温度センサモジュールにより前記常温において出力された第3センサ電圧値を含み、
前記第3ディジタル値は、前記温度センサモジュールが前記常温において前記第3センサ電圧値とともに出力したものであり、
前記第3温度は、前記制御部が前記第1温度、前記第2温度、前記第1センサ電圧値、前記第2センサ電圧値を用いて算出した略線形のセンサ特性式に、前記第3センサ電圧値を代入することにより算出したものであって、前記常温の温度として特定されたものである付記2〜付記5のいずれか一項に記載の温度センサ。
10、10a、10b、10c、10d 温度センサモジュール
11 温度センサ部
11a、11b、11c、11d 特性
12 電源電圧モニタ部
13 制御ロジック
14 温度検出回路
14a、14b 特性
15、19 A/D変換機
16、17、18 アナログバッファ
20 テストモジュール
30 記憶部
40 制御部
40a CPU
30a インターフェース
50、60 特性
71、71a、71b、72、72a、72b 特性式
91〜93 差分
95 実装基板
96 電源IC
Claims (13)
- 温度に関して非線形のディジタル値及び前記温度に関して略線形のセンサ電圧値を出力する温度センサモジュールと、
前記温度、前記ディジタル値及び前記センサ電圧値を記憶する記憶部と、
前記記憶部に記憶された前記温度、前記ディジタル値及び前記センサ電圧値を用いて特性式を算出する制御部と、
を含み、
前記記憶部に記憶された前記温度、前記ディジタル値及び前記センサ電圧値には、絶対温度測定下における絶対温度、前記絶対温度における前記ディジタル値及び前記絶対温度における前記センサ電圧値が含まれ、
前記絶対温度は、第1温度及び前記第1温度よりも高温の第2温度を含み、
前記ディジタル値は、前記第1温度における第1ディジタル値及び前記第2温度における第2ディジタル値を含み、
前記記憶部は、さらに、
前記第1温度よりも高温で前記第2温度よりも低温の第3温度と、
前記第3温度における第3ディジタル値と、
を含み、
前記制御部は、
前記第1温度、前記第1ディジタル値、前記第3温度及び前記第3ディジタル値を用いて第1特性式を算出し、
前記第3温度、前記第3ディジタル値、前記第2温度及び前記第2ディジタル値を用いて第2特性式を算出する半導体装置。 - 前記絶対温度は、前記半導体装置がプリント基板に実装される前に前記温度センサモジュールが出力した前記温度であり、
前記第3温度は、前記半導体装置が前記プリント基板に実装された後に前記温度センサモジュールが出力した温度である請求項1に記載の半導体装置。 - 前記制御部は、
前記温度センサモジュールによって出力された前記ディジタル値が前記第3ディジタル値よりも小さい場合には、前記第1特性式に、前記ディジタル値を代入することによって前記温度を算出し、
前記温度センサモジュールによって出力された前記ディジタル値が前記第3ディジタル値よりも大きい場合には、前記第2特性式に、前記ディジタル値を代入することによって前記温度を算出する請求項1に記載の半導体装置。 - 前記温度センサモジュールを複数有し、
起動時には、相互に隣接した一方及び他方の前記温度センサモジュールが動作し、
起動後には、一方の前記温度センサモジュールは動作を停止し、他方の前記温度センサモジュールは動作を継続する請求項1に記載の半導体装置。 - 前記起動時には、
前記一方の前記温度センサモジュールは、起動時における複数の第1起動時ディジタル値を出力し、
前記他方の前記温度センサモジュールは、起動時における複数の第2起動時ディジタル値を出力し、
前記制御部は、複数の前記第1起動時ディジタル値を、一方の温度センサモジュールの前記第1特性式または前記第2特性式に代入することによって起動時における複数の第1起動時温度を算出し、
前記制御部は、複数の前記第1起動時温度を、前記他方の温度センサモジュールの前記第1特性式または前記第2特性式に代入することによって算出した複数の第3起動時ディジタル値と、複数の前記第2起動時ディジタル値と、の間の差分を算出し、算出した前記差分を用いて、前記他方の温度センサモジュールの前記第1特性式及び前記第2特性式の少なくともいずれか一方を補正する請求項4に記載の半導体装置。 - 前記温度センサモジュールは、
前記半導体装置の電源電圧をモニタする電源電圧モニタ部を含み、
前記制御部は、
前記差分を用いて、前記電源電圧を補正する請求項5に記載の半導体装置。 - 前記一方及び前記他方の温度センサモジュール以外の1つ以上のその他の温度センサモジュールをさらに有し、
前記制御部は、前記差分を用いて、各前記その他の温度センサモジュールの前記第1特性式及び前記第2特性式の少なくともいずれか一方を補正する請求項6に記載の半導体装置。 - 前記制御部は、前記差分を用いて、各前記その他の温度センサモジュールの前記電源電圧を補正する請求項7に記載の半導体装置。
- 温度に対し非線形の基準電圧値と温度に対し略線形のセンサ電圧値からディジタル値を出力する温度センサモジュールと、
前記温度、前記ディジタル値、前記センサ電圧値を記憶する記憶部と、
前記温度、前記ディジタル値、前記センサ電圧値を用いて、前記温度センサモジュールの温度特性を補正する特性式を算出する制御部と
を有し、
前記記憶部は、第1温度と、前記第1温度における第1センサ電圧値を記憶し、
前記制御部は、前記第1温度と、前記第1センサ電圧値と、任意のセンサ電圧値から、前記温度センサモジュールが前記任意のセンサ電圧値を出力する温度を特定し、前記特性式を算出し、
前記記憶部は、前記第1温度よりも高温の第2温度と、第2温度における第2センサ電圧値を更に記憶し、
前記制御部は、前記第1温度と、前記第1センサ電圧値と、前記第2温度と、前記第2センサ電圧値と、任意のセンサ電圧値から、前記温度センサモジュールが前記任意のセンサ電圧値を出力する温度を特定し、前記特性式を算出する、
温度センサ。 - 前記記憶部は、前記第1温度を含む3以上の複数の温度と、前記複数の温度各々に対応するセンサ電圧値を更に記憶し、
前記制御部は、前記複数の温度と、前記複数の温度各々に対応するセンサ電圧値と、任意のセンサ電圧値から、前記温度センサモジュールが前記任意のセンサ電圧値を出力する温度を特定し、前記特性式を算出する、
請求項9に記載の温度センサ。 - 前記制御部は、複数の任意のセンサ電圧値から、前記温度センサモジュールが前記複数の任意のセンサ電圧値を出力する複数の温度を特定し、前記特性式を算出する、
請求項9に記載の温度センサ。 - 前記温度センサモジュールを複数有し、
起動時には、相互に隣接した一方及び他方の前記温度センサモジュールが動作し、
起動後には、一方の前記温度センサモジュールは動作を停止し、他方の前記温度センサモジュールは動作を継続し、
前記起動時には、
前記一方の前記温度センサモジュールは、起動時における複数の第1起動時ディジタル値を出力し、
前記他方の前記温度センサモジュールは、起動時における複数の第2起動時ディジタル値を出力し、
前記制御部は、複数の前記第1起動時ディジタル値を、一方の温度センサモジュールの前記特性式に代入することによって起動時における複数の第1起動時温度を算出し、
前記制御部は、複数の前記第1起動時温度を、前記他方の温度センサモジュールの前記特性式に代入することによって算出した複数の第3起動時ディジタル値と、複数の前記第2起動時ディジタル値と、の間の差分を算出し、算出した前記差分を用いて、前記他方の温度センサモジュールの前記特性式を補正する請求項9に記載の温度センサ。 - 前記温度センサモジュールは、
前記温度センサの電源電圧をモニタする電源電圧モニタ部を含み、
前記制御部は、
前記差分を用いて、前記電源電圧を補正する請求項12に記載の温度センサ。
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