JPH06311013A - 半導体集積回路装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 半導体集積回路装置の半導体チップ温度測定
及び他回路との接続を共通の外部端子で可能にする。 【構成】 半導体集積回路装置本来の機能をなすための
回路とともに、バイポーラ・トランジスタによるプロー
ブ回路等の機能を有する他回路およびダイオードによる
温度センサーを同一半導体チップ内に一緒に集積形成
し、上記プローブ回路等の他回路との入出力端と上記ダ
イオードの両端とをそれぞれの電流方向が互いに逆向き
となるように並列接続し、この並列回路の両端を一対の
外部測定端子に接続させる。 【効果】 温度測定時のセンサーと他回路をそれぞれ電
流方向によってオフ状態にすることができる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、半導体集積回路装置、
さらには高速型の論理用半導体集積回路装置に適用して
有効な技術に関するものであって、たとえばＥＣＬを採
用した半導体集積回路装置に利用して有効な技術に関す
るものである。

【０００２】

【従来の技術】たとえば、ＥＣＬなどの高速論理回路が
高密度に集積された半導体集積回路装置では、その出力
端子に現れる信号の波形をオッシロスコープなどの測定
装置でモニターすることも、安易には行なえない。

【０００３】これは、出力端子での信号波形を観測する
ために、その出力端子に波形測定装置のプローブを接触
させると、信号にノイズが乗ったり出力端子での負荷条
件が乱されて、本来の信号波形を正しくモニターするこ
とができなくなってしまうからである。

【０００４】また、この種の半導体集積回路装置では、
動作の高速化に伴う発熱の状態、特に半導体チップでの
温度上昇が大きな問題となる。この温度の上昇度合は、
半導体集積回路装置の設計および実装を計画する上で非
常に重要な検討項目となる。

【０００５】そこで、本発明者等は、上述した２つの問
題の解決手段として、図３に示すように、半導体集積回
路装置１内に波形モニター用のプローブ回路２０と温度
測定用のセンサー３０を形成することを検討した。

【０００６】すなわち、図３において、１はＥＣＬなど
の高速論理回路を単一の半導体チップに集積形成した半
導体集積回路装置（ＩＣ）であって、１１は入力回路、
１２は出力回路、１３は内部回路、Ｐ１１は外部信号入
力端子、Ｐ１２は外部信号出力端子、２０はバイポーラ
・トランジスタＱ１のエミッタフォロワによるプローブ
回路、Ｐ２１はプローブ入力端子、Ｐ２２はプローブ出
力端子、３０はダイオードＤ１による温度センサー、Ｐ
３１およびＰ３２は温度センサー端子である。プローブ
回路２０と温度センサー３０はそれぞれ、入力回路１
１、出力回路１２、内部回路１３などともに、同一の半
導体基板に集積形成されている。各端子Ｐ１１，Ｐ１
２，Ｐ２１，Ｐ２２，Ｐ３１，Ｐ３２はそれぞれ半導体
集積回路装置１のパッケージ外に導出される外部端子と
して設けられている。

【０００７】上述した半導体集積回路装置１において、
まず、信号出力端子Ｐ１２から出力される信号の波形モ
ニターを行ないたい場合は、その信号出力端子Ｐ２１を
プローブ入力端子Ｐ２１若しくはＰ２１と次段ＩＣＰｘ
との間の配線に近接配線で接続する。すると、このプロ
ーブ入力端子Ｐ２１に接続された信号出力端子Ｐ１２か
らの出力信号Ｖｏｕｔが、バイポーラ・トランジスタＱ
１のエミッタフォロワによってバッファ増幅されて、プ
ローブ出力端子Ｐ２２へ出力されるようになる。外付抵
抗Ｒｅはバイポーラ・トランジスタＱ１のエミッタフォ
ロワ負荷抵抗であって、ＶｔｔよりさらにＶｂｅ一段以
上低い電源電位Ｖ−に接続される。

【０００８】したがって、このプローブ出力端子Ｐ２２
に波形測定装置２のプローブを接続すれば、次段ＩＣへ
の信号にノイズが乗りにくくなり、又信号出力端子Ｐ１
２の負荷条件等を大きく乱すことなく、その信号出力端
子Ｐ１２での信号波形を正しくモニターすることができ
るようになる。

【０００９】また、動作中の半導体集積回路装置１の半
導体チップ温度を測定したい場合は、定電流源３１と高
入力インピーダンスの精密電圧計３２とからなる温度測
定回路３を使用する。温度の測定は、定電流源３１を半
導体集積回路装置１の温度センサー端子Ｐ３１，３２に
接続して、温度センサー３０を形成するダイオードＤ１
に一定の順方向電流Ｉｆを流す。これと同時に、そのダ
イオードＤ１の両端に生じる順方向電圧Ｖｆを上記温度
センサー端子Ｐ３１，Ｐ３２から測定する。

【００１０】このとき、そのダイオードＤ１の順方向電
圧Ｖｆは一定の温度特性をもっているので、その順方向
電圧Ｖｆを高入力インピーダンスの精密電圧計３２で定
量することにより、半導体チップ温度を正確に測定する
ことができる。温度センサー２０をなすダイオードＤ１
は、バイポーラ・トランジスタのベースとコレクタを共
通接続することにより形成される。

【００１１】以上のようにして、半導体集積回路装置の
出力信号モニターと半導体チップの温度測定とを、共に
外部から行なわせることを検討した。

【００１２】なお、上述した技術の適用対象となる半導
体集積回路装置については、たとえば「超高速バイポー
ラデバイス」永田 穣 編、培風館、昭和６０年１１月
発行、などに記載されている。

【００１３】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上述し
た技術には、次のような問題のあることが本発明者らに
よってあきらかとされた。

【００１４】すなわち、上述した半導体集積回路装置で
は、半導体集積回路装置の本来の機能に必要な端子Ｐ１
１，Ｐ１２のほかに、半導体集積回路装置１の出力信号
Ｖｏｕｔをモニターするための端子Ｐ２１，Ｐ２２と、
半導体チップの温度を測定するための端子Ｐ３１，Ｐ３
２とが新たに必要になるという問題が生じる。

【００１５】一方、半導体集積回路装置１における外部
端子数の増加は、半導体集積回路装置の高コスト化およ
び実装効率の低下などの問題を生じる。

【００１６】本発明の目的は、半導体集積回路装置の信
号波形モニター等の機能および半導体チップ温度測定を
共通の外部端子で可能にする、という技術を提供するこ
とにある。

【００１７】本発明の前記ならびにそのほかの目的と特
徴は、本明細書の記述および添付図面からあきらかにな
るであろう。

【００１８】

【課題を解決するための手段】本願において開示される
発明のうち、代表的なものの概要を簡単に説明すれば、
下記のとおりである。

【００１９】すなわち、半導体集積回路装置本来の機能
をなすための回路とともに、ダイオードによる温度セン
サーを同一半導体チップ内に一緒に集積形成し、ある回
路の入出力端と上記ダイオードの両端とをそれぞれの電
流方向が互いに逆向きとなるように並列接続し、この並
列回路の両端を一対の外部測定端子に接続させる、とい
うものである。

【００２０】

【作用】上述した手段によれば、例えばプローブ回路を
使って波形モニターを行なう場合は、そのプローブ回路
の入出力信号電流の方向が、ダイオードの温度センサー
をオフ状態にする向きとなることにより、そのダイオー
ドに影響されることなく、上記プローブ回路を使っての
波形モニターを行なわせることができる。

【００２１】また、ダイオードを使って温度測定を行な
う場合は、そのダイオードに順方向に流される電流の方
向が、上記プローブ回路の入出力信号電流の方向に対し
て逆向きとなることにより、そのプローブ回路に影響さ
れることなく、上記ダイオードを使っての温度測定を行
なわせることができる。

【００２２】これにより、半導体集積回路装置の信号波
形モニターおよび半導体チップ温度測定を共通の外部端
子で可能にする、という目的が達成される。

【００２３】

【実施例】以下、本発明の好適な実施例を図面を参照し
ながら説明する。

【００２４】なお、図において、同一符号は同一あるい
は相当部分を示すものとする。

【００２５】図１は本発明の技術が適用された半導体集
積回路装置の第１の実施例を示したものであって、１は
ＥＣＬなどの高速論理回路が単一の半導体チップに集積
形成された半導体集積回路装置、２は波形測定装置、３
は温度測定回路である。

【００２６】半導体集積回路装置１において、１１は入
力回路、１２は出力回路、１３は内部回路、Ｐ１１は外
部信号入力端子、Ｐ１２は外部信号出力端子、２０はｎ
ｐｎバイポーラ・トランジスタＱ１のエミッタフォロワ
によるプローブ回路、３０はダイオードＤ１による温度
センサー、Ｐ４１とＰ４２は一対の外部測定端子であ
る。

【００２７】ここで、入力回路１１、出力回路１２、お
よび内部回路１３は、半導体集積回路装置本来の機能を
なす部分であって、同一の半導体チップに集積形成され
る。

【００２８】さらに、上記半導体チップには、プローブ
回路２０と温度センサー３０も一緒に集積形成されてい
る。

【００２９】各端子Ｐ１１，Ｐ１２，Ｐ４１，Ｐ４２は
それぞれ半導体集積回路装置１のパッケージ外に導出さ
れる外部端子として設けられている。

【００３０】上述した構成に加えて、上記プローブ回路
２０の入出力端と上記ダイオードＤ１の両端とはそれぞ
れの電流方向（ＩｆとＩｉｏ）が互いに逆向きとなるよ
うに並列接続され、この並列回路の両端が一対の外部測
定端子Ｐ４１，Ｐ４２に接続されている。

【００３１】具体的には、プローブ回路２０をなすｎｐ
ｎバイポーラ・トランジスタＱ１のベース側と、温度セ
ンサー２０をなすダイオードＤ１のカソード側とが共通
接続されて、一方の測定端子Ｐ４１に接続されている。
また、プローブ回路２０をなすｎｐｎバイポーラ・トラ
ンジスタＱ１のエミッタ側と、温度センサー２０をなす
ダイオードＤ１のアノード側とが共通接続されて、他方
の測定端子Ｐ４２に接続されている。

【００３２】このとき、ｎｐｎバイポーラ・トランジス
タＱ１は、そのコレクタが基準電位（接地電位）に接続
されることにより、一方の測定端子４１に入力される信
号をエミッタフォロワでバッファ増幅して他方の測定端
子Ｐ４２へ出力する。外付の抵抗Ｒｅは上記バイポーラ
・トランジスタＱ１のエミッタフォロワ負荷抵抗であっ
て、ＶｔｔよりさらにＶｂｅ一段分以上低い電源電位Ｖ
−に接続される。

【００３３】また、温度センサー２０をなすダイオード
Ｄ１は、バイポーラ・トランジスタのベースとコレクタ
を共通接続することにより形成される。

【００３４】次に、動作について説明する。

【００３５】図１において、まず、信号出力端子Ｐ１２
から出力される信号の波形モニターを行ないたい場合
は、その信号出力端子Ｐ１２を一方の測定端子Ｐ４１に
近接配線で接続する。すると、この測定端子４１に接続
された信号出力端子Ｐ１２からの出力信号Ｖｏｕｔが、
バイポーラ・トランジスタＱ１のエミッタフォロワによ
ってバッファ増幅され、他方の測定端子Ｐ４２へ出力さ
れるようになる。

【００３６】したがって、この他方の測定端子Ｐ２２に
波形測定装置２のプローブを接続すれば、信号出力端子
Ｐ１２の負荷条件等を大きく乱すことなく、又次段のＩ
Ｃにノイズを伝達する事無くその信号出力端子Ｐ１２か
らの信号波形を正しくモニターすることができるように
なる。

【００３７】また、動作中の半導体集積回路装置１の半
導体チップ温度を測定したい場合は、定電流源３１と高
入力インピーダンスの精密電圧計３２とからなる温度測
定回路３を使用する。温度の測定は、定電流源３１を上
記一対の測定端子Ｐ４１，４２に接続して、温度センサ
ー３０を形成するダイオードＤ１に一定の順方向電流Ｉ
ｆを流す。

【００３８】これと同時に、そのダイオードＤ１の両端
に生じる順方向電圧Ｖｆを上記一対の測定端子Ｐ４１，
Ｐ４２から測定する。

【００３９】このとき、そのダイオードＤ１の順方向電
圧Ｖｆは一定の温度特性をもっているので、その順方向
電圧Ｖｆを高入力インピーダンスの精密電圧計３２で定
量することにより、半導体チップ温度を正確に測定する
ことができる。

【００４０】さらに、ここで注目すべきことは、上述し
たように、プロープ回路２０の入出力端とダイオードＤ
１の両端とをそれぞれの電流方向（ＩｆとＩｉｏ）が互
いに逆向きとなるように並列接続し、この並列回路の両
端を一対の測定端子Ｐ４１，Ｐ４２に接続したことによ
り、その一対の測定端子４１，４２だけでもって、信号
波形のモニターと半導体チップ温度の２種類の測定をそ
れぞれ外部から行なうことが可能になっていることであ
る。

【００４１】すなわち、プローブ回路２０を使って波形
モニターを行なう場合は、そのプローブ回路２０の入出
力信号電流Ｉｉｏの方向が、温度センサー２０のダイオ
ードＤ１をオフ状態にする向きとなることにより、その
ダイオードＤ１に影響されることなく、上記プローブ回
路２０を使っての波形モニターを行なわせることができ
る。

【００４２】また、ダイオードＤ１を使って温度測定を
行なう場合は、そのダイオードＤ１に順方向に流される
電流Ｉｆの方向が、上記プローブ回路２０の入出力信号
電流Ｉｉｏの方向に対して逆向きとなることにより、そ
のプローブ回路２０に影響されることなく、上記ダイオ
ードＤ１を使っての温度測定を行なわせることができ
る。

【００４３】これにより、半導体集積回路装置１の信号
波形モニターおよび半導体チップ温度測定が共通の外部
端子で可能になる。

【００４４】図２は本発明の技術が適用された半導体集
積回路装置の第２の実施例を示したものであって、この
第２の実施例では、上述した第１の実施例の構成に加え
て、温度センサー３０をなすダイオードＤ１の両端にそ
れぞれ抵抗Ｒ１，Ｒ２が直列に挿入されている。

【００４５】この抵抗Ｒ１，Ｒ２の抵抗値は、正確な温
度測定に必要な順方向電流ＩｆをダイオードＤ１に流す
のに支障のない範囲で設定される。たとえば、プローブ
回路２０に入力される信号ＶｏｕｔがＥＣＬ回路あるい
はエミッタフォロワの場合、上記抵抗Ｒ１，Ｒ２は５０
〜２００Ωが適当である。

【００４６】上記抵抗Ｒ１，Ｒ２の介在により、ダイオ
ードＤ１の両端が接続された一対の測定端子Ｐ４１とＰ
４２の間は、高周波的に確実に遮断されるようになる。
したがって、ダイオードＤ１を逆バイアスする事によっ
て生じる容量Ｃｓが寄生していも、この並列の寄生容量
Ｃｓによる上記信号Ｖｏｕｔへの影響を排除して、その
信号Ｖｏｕｔの波形観測を一層正確に行なうことができ
るようになる。

【００４７】以上の説明では主として、本発明者によっ
てなされた発明をその背景となった利用分野であるＥＣ
Ｌ型の半導体集積回路装置に適用した場合について説明
したが、それに限定されるものではなく、たとえばＢｉ
−ＣＭＯＳ型の半導体集積回路装置にも適用できる。

【００４８】

【発明の効果】本願において開示される発明のうち、代
表的なものの効果を簡単に説明すれば、下記のとおりで
ある。

【００４９】すなわち、半導体集積回路装置の信号波形
モニターおよび半導体チップ温度測定を共通の外部端子
で可能にする、という効果が得られる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の技術が適用された半導体集積回路装置
の第１の実施例を示す回路図

【図２】本発明の第２の実施例の要部を示す回路図

【図３】従来の半導体集積回路装置の概要を示す回路図

【符号の説明】

１ 半導体集積回路装置 ２ 波形測定装置 ３ 温度測定回路 １１ 入力回路 １２ 出力回路 １３ 内部回路 Ｐ１１ 外部信号入力端子 Ｐ１２ 外部信号出力端子 Ｐ４１，Ｐ４２ 一対の外部測定端子 ２０ プローブ回路 ３０ ダイオードＤ１による温度センサー Ｉｉｏ プローブ回路の入出力電流 Ｉｆ ダイオードの順方向電流 Ｖｆ ダイオードの順方向電圧 Ｒ１，Ｒ２ 抵抗

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 澤田 浩明 神奈川県秦野市堀山下１番地 日立コンピ ュータエンジニアリング株式会社内 (72)発明者 山田 秀行 神奈川県秦野市堀山下１番地 日立コンピ ュータエンジニアリング株式会社内 (72)発明者 前田 栄治郎 神奈川県秦野市堀山下１番地 日立コンピ ュータエンジニアリング株式会社内 (72)発明者 田中 一雄 東京都青梅市今井2326番地 株式会社日立 製作所デバイス開発センタ内

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】半導体集積回路装置本来の機能をなすため
   の回路とともに、バイポーラ・トランジスタによるプロ
   ーブ回路およびダイオードによる温度センサーを同一半
   導体チップ内に一緒に集積形成し、上記プローブ回路の
   入出力端と上記ダイオードの両端とをそれぞれの電流方
   向が互いに逆向きとなるように並列接続し、この並列回
   路の両端を一対の外部測定端子に接続させたことを特徴
   とする半導体集積回路装置。
2. 【請求項２】半導体集積回路装置本来の機能をなすため
   の回路とともに、バイポーラ・トランジスタによるプロ
   ーブ回路およびダイオードによる温度センサーを同一半
   導体チップ内に一緒に集積形成し、上記プローブ回路の
   入出力端と上記ダイオードの両端とをそれぞれの電流方
   向が互いに逆向きとなるように並列接続し、この並列回
   路の両端を一対の外部測定端子に接続させ、さらに上記
   ダイオードの両端にそれぞれ抵抗を直列に介在させたこ
   とを特徴とする半導体集積回路装置。
3. 【請求項３】上記プローブ回路の他、上記ダイオードと
   の関係が逆向きとなる様なダイオードと他回路の接続方
   法を特徴とする半導体集積回路装置。