專利名稱：半導(dǎo)體裝置和檢測半導(dǎo)體裝置的特性退化的方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及半導(dǎo)體裝置和檢測半導(dǎo)體裝置的特性退化的方法并且，特別地，涉及 半導(dǎo)體裝置和檢測半導(dǎo)體裝置的特性退化的方法，其檢測是所謂的智能功率器件(IPD)的 半導(dǎo)體裝置的特性退化。
背景技術(shù)：
功率MOSFET是能夠處理大功率的器件之一。功率MOSFET具有諸如比其它的功率 器件高的開關(guān)速度的特點。
日本未經(jīng)審查的專利申請公開No. 2007-174756公布一種電源電路的導(dǎo)通故障檢 測裝置，其能夠通過檢測被用作在電源電路的導(dǎo)通和截止之間進(jìn)行切換的開關(guān)器件的半導(dǎo) 體器件(功率M0SFET)的導(dǎo)通故障的征兆并且在電路的斷開功能失效之前的時間點截止半 導(dǎo)體器件來保護(hù)電源電路。根據(jù)在日本未經(jīng)審查的專利申請公開No. 2007-174756中公布 的技術(shù)，能夠通過將柵極電阻器放置在功率MOSFET的柵極處并且測量功率MOSFET導(dǎo)通時 的柵極電阻器的壓降來預(yù)先檢測由電介質(zhì)擊穿引起的導(dǎo)通故障。
此外，日本實用新型No. 2599788公布一種與故障檢測器有關(guān)的技術(shù)，即使當(dāng)功 率MOSFET處于半故障狀態(tài)時該故障檢測器也能夠執(zhí)行故障識別。根據(jù)在日本實用新型 No. 2599788中公布的技術(shù)，在使用功率MOSFET的開關(guān)模塊中，分離地放置比較輸出電壓的 兩個比較器，獨立地放置確定功率MOSFET正常地截止的裝置和確定功率MOSFET正常地導(dǎo) 通的裝置，并且放置接收各自的確定信號并且識別故障的故障識別電路。
此外，“M0S集成電路(μ PD 166005)數(shù)據(jù)表(NEC 電子)” <URL http //www. eu. necel. com/_pdf/S 19284EJ1V0DS00. PDF〉” 公布智能功率裝置(IPD)。圖 25 是示出并 入有在該文獻(xiàn)中公布的IPD的示例性電路。IPD 101被放置在VCC端子103和GND (接地) 端子之間，在輸入端子106處接收從控制器102的輸出端子108輸出的信號，并且控制被連 接至輸出端子104的負(fù)載109。此外，IPD 101具有自診斷功能，并且通過DIAG端子105將 自診斷的結(jié)果輸出到控制器102的輸入端子107。
圖沈是在上面的“M0S集成電路(yPD 166005)數(shù)據(jù)表(NEC電子)”<URL:http:// www. eu. necel. com/_pdf/S19284EJlV0DS00. PDF〉” 中公布的 IPD 101 的詳細(xì)電路圖。IPD 101通過邏輯113處理在輸入端子106處接收到的信號并且控制功率MOSFET 110。在功率 M0SFET110中，漏極被連接至電源端子(VCC) 103，并且源極被連接至輸出端子104。通過功 率MOSFET 110控制流到被連接至輸出端子104的負(fù)載109的電流。此外，IPD 110具有諸 如過電流檢測器111、過溫度傳感器112等等的自診斷功能，并且在達(dá)到預(yù)設(shè)置標(biāo)準(zhǔn)時，能 夠切斷功率MOSFET 110并且通過DIAG端子105將作為自診斷結(jié)果的信息反饋給控制器5102。在下文中描述當(dāng)過電流檢測器111和過溫度傳感器112工作時的操作。
首先，描述過電流檢測器111在負(fù)載短路情況下進(jìn)行操作的情況。圖27A是示出當(dāng) 功率MOSFET導(dǎo)通并且然后發(fā)生負(fù)載短路時功率MOSFET的輸出電流中的變化的視圖。當(dāng)發(fā) 生負(fù)載短路時，超過電流額定值的過電流流到功率M0SFET，并且功率MOSFET由于發(fā)熱而被 損壞。通常，避免過電流流動的電流限制器被放置在IPD中。通過使用電流限制器，能夠?qū)?過電流抑制到一定的水平，如圖27B中所示。然而，在這樣的情況下熱量也隨著時間增加， 這導(dǎo)致功率MOSFET的損壞。
為了避免此問題，圖沈中所示的IPD包括過電流檢測器111。如圖27C中所示，過 電流檢測器111具有當(dāng)流過功率MOSFET的電流超過被預(yù)設(shè)置給IPD的電流檢測閾值時切 斷功率MOSFET的功能。該功能防止由于發(fā)熱導(dǎo)致的功率MOSFET的損壞。
圖觀是示出過電流檢測器111的示例的視圖。過電路檢測器111包括比較器116， 并且輸出端子104的電勢被提供給比較器116的一個輸入，電流檢測閾值115被提供給另 一輸入，并且比較器116的輸出被輸入到邏輯113。例如，當(dāng)功率MOSFET 110的導(dǎo)通電阻 是IOOm Ω并且電流額定值是2Α時，電流檢測閾值被設(shè)計為0. 5V( = IOOm Ω Χ5Α)。在此條 件下，當(dāng)功率MOSFET的輸出電流超過5Α時，通過邏輯113控制驅(qū)動器114，從而切斷功率 MOSFET 110。
接下來，描述過溫度傳感器112在負(fù)載短路條件下進(jìn)行操作的情況。圖29Α是示 出當(dāng)功率MOSFET導(dǎo)通并且然后發(fā)生負(fù)載短路時的功率MOSFET的輸出電流中的變化和功率 MOSFET的溫度變化的視圖。當(dāng)發(fā)生負(fù)載短路時，超過電流額定值的電流流到功率M0SFET， 并且由于發(fā)熱導(dǎo)致功率MOSFET損壞。通常，避免過電流流動的電流限制器被放置在IPD中。 通過使用電流限制器，過電流能夠被抑制到一定的水平，如圖^B中所示。然而，在這樣的 情況下熱量也隨著時間增加，這導(dǎo)致功率MOSFET的損壞。
為了避免此問題，圖沈中所示的IPD包括過溫度傳感器112。如圖四中所示，過 溫度傳感器112具有當(dāng)功率MOSFET的溫度超過被預(yù)設(shè)置給的IPD的溫度檢測閾值時切斷 功率MOSFET的功能。該功能防止由于發(fā)熱導(dǎo)致的功率MOSFET的損壞。
圖30是示出過溫度傳感器112的示例的視圖。過溫度傳感器112包括比較 器118，并且被熱耦合到功率MOSFET的二極管119的壓降被提供給比較器118的一 個輸入，溫度檢測閾值117被提供給另一輸入，并且比較器118的輸出被輸入到邏輯 113。二極管119的陰極被連接至恒流源120。當(dāng)在27°C時二極管119的壓降是0.7V 時，溫度變化是_2mV/°C，并且溫度額定值是150°C，溫度檢測閾值被設(shè)計為0. 404V(= 0. 7V-2mV/°C X (175°C -27°C ))。在這樣的條件下，當(dāng)功率MOSFET的溫度超過175°C時，通 過邏輯113控制驅(qū)動器114，從而切斷功率MOSFET 110。
這樣，在圖沈中所示的IPD中，過電流檢測器111和過溫度傳感器112彼此獨立 地進(jìn)行操作，并且在異常條件下能夠避免功率MOSFET的損壞。發(fā)明內(nèi)容
首先描述包含有功率MOSFET的半導(dǎo)體裝置(IPD)和功率MOSFET的故障。圖11 是示出隨著時間的流逝IPD的故障率的變化的視圖。如圖11中所示，按照時間順序能夠?qū)?IPD的故障劃分為早期故障時段、偶發(fā)故障時段以及磨損故障時段。此外，圖12是示出隨著時間的流逝的IPD的特性值的變化的視圖。如圖12中所示，在已經(jīng)經(jīng)歷諸如浪涌的異常情 況的IPD中，有可能比沒有經(jīng)歷異常情況的IPD(已經(jīng)達(dá)到壽命最終的IPD)更早經(jīng)歷故障。 在本發(fā)明中，提供一種半導(dǎo)體裝置(IPD)，該半導(dǎo)體裝置(IPD)能夠防止發(fā)生圖11中的偶發(fā) 故障時段中的故障或者就在圖12中的特性的變化之前(附圖中的點A和點B)的故障。
存在IPD的四種故障情況(1)由于功率MOSFET的導(dǎo)通電阻的增加導(dǎo)致的故障， ⑵由于功率MOSFET的泄漏電流的增加導(dǎo)致的故障，(3)由于功率MOSFET的柵極泄漏電流 的增加導(dǎo)致的故障，以及由于包括功率MOSFET的IPD的消耗電流的變化導(dǎo)致的故障。 在下文中描述各故障情況。
(1)由于功率MOSFET的導(dǎo)通電阻的增加導(dǎo)致的故障
首先，描述由于功率MOSFET的導(dǎo)通電阻的增加導(dǎo)致的故障。圖13是示出在由于 負(fù)載短路等等導(dǎo)致過電流流到功率MOSFET的狀態(tài)的視圖。如圖13中所示，作為過電流流 到功率MOSFET的結(jié)果，在功率MOSFET的半導(dǎo)體和金屬的界面處出現(xiàn)電遷移。圖14、圖15 和圖16是描述在功率MOSFET中出現(xiàn)電遷移的視圖。如圖14中所示，作為大電流流到功率 MOSFET的結(jié)構(gòu)，在金屬和半導(dǎo)體的界面處出現(xiàn)電遷移，并且功率MOSFET的電阻增加。
如圖15中所示，如果電遷移變得更大，那么其影響被施加到功率MOSFET單元的基 極區(qū)域的電阻分量上。因此，如圖16中所示，功率MOSFET的寄生雙極晶體管進(jìn)行操作，并 且特別地，在組成功率MOSFET的單元當(dāng)中，在最受通過切換而截止影響的單元中出現(xiàn)電流 集中。由于由寄生雙極晶體管引起的電流集中，導(dǎo)致特定單元突然發(fā)熱，這導(dǎo)致功率MOSFET 的故障。此情況是，盡管功率MOSFET的導(dǎo)通電阻的變化小，但是導(dǎo)通電阻的增加瞬時使功 率MOSFET故障。
(2)由于功率MOSFET的泄漏電流的增加導(dǎo)致的故障
圖17是示出由于功率MOSFET的制造變化導(dǎo)致源極擴散區(qū)域(N+)的寬度變得更 大的情況的視圖。在其中源極擴散區(qū)域的寬度大的功率MOSFET中，因為功率MOSFET的有效 溝道長度短，因此如果漏源電壓增加，那么與另一單元相比較較大的電流流動，如圖18中 所示。因此，當(dāng)負(fù)載是諸如螺線管的致動器時，由于負(fù)載的電感分量導(dǎo)致中通過功率MOSFET 的切換中的截止生成高電壓作為功率MOSFET的漏源電壓。因此，每次切換時未預(yù)計到的大 電流流到功率MOSFET。
這時，如圖19中所示，存在經(jīng)過相關(guān)單元的電子因此撞擊電離，并且正電荷被囚 禁到功率MOSFET的柵氧化膜。當(dāng)正電荷被囚禁到柵氧化膜中時，在單元中產(chǎn)生泄漏電流， 并且與另一單元中相比更大的電流流動到其(前饋現(xiàn)象)。最后，在單元中不能夠被覆蓋的 過多的電流被集中，并且單元突然發(fā)熱，這導(dǎo)致故障。此情況是，盡管功率MOSFET的總泄漏 電流小，但是特定單元的電流的集中瞬時使功率MOSFET故障。
(3)由于功率MOSFET的柵極泄漏電流的增加導(dǎo)致的故障
接下來考慮浪涌電壓被施加給功率M0SFET，并且在功率MOSFET的柵氧化膜中出 現(xiàn)泄漏點的情況。圖20是示出由于浪涌電壓施加導(dǎo)致在柵極和源極之間出現(xiàn)泄漏點的情 況的視圖。在功率MOSFET中，如圖21中所示并行地連接被稱為單元的多個單位結(jié)構(gòu)。即 使當(dāng)由于浪涌電壓施加導(dǎo)致在這些單元中的一個的源極和柵極之間出現(xiàn)泄漏點時，如果泄 漏的值小，即，如果對于泄漏電流來說，驅(qū)動器的電流供給能力較大，那么功率MOSFET的操 作沒有受到影響。
然而，當(dāng)在柵極和源極之間持續(xù)地施加電壓(功率MOSFET的導(dǎo)通狀態(tài))時，泄漏 點中的電流量突然增加，并且在某些情況下出現(xiàn)不可逆轉(zhuǎn)的轉(zhuǎn)變。不可逆轉(zhuǎn)的轉(zhuǎn)變影響功 率MOSFET的操作并且引起所謂的截止故障，其中不管柵源電壓的施加，功率MOSFET沒有變 成導(dǎo)通狀態(tài)。
接下來，描述在柵極和漏極之間出現(xiàn)泄漏點的情況。圖22示出由于浪涌電壓施加 導(dǎo)致在柵極和漏極之間出現(xiàn)泄漏點的情況。如上所述，在功率MOSFET中，并行地連接被稱 為單元的多個單元結(jié)構(gòu)，如圖23中所示。即使當(dāng)由于浪涌電壓施加導(dǎo)致在這些單元中的一 個的源極和柵極之間出現(xiàn)泄漏點時，如果泄漏的值小，即，如果對于泄漏電流來說，驅(qū)動器 的電流供給能力較大，那么功率MOSFET的操作沒有受到影響。
然而，當(dāng)在柵極和源極之間持續(xù)地施加電壓(功率MOSFET的導(dǎo)通狀態(tài))時，泄漏 點中的電流量突然增加，并且在某些情況下出現(xiàn)不可逆轉(zhuǎn)的轉(zhuǎn)變。不可逆轉(zhuǎn)的轉(zhuǎn)變影響功 率MOSFET的操作并且引起所謂的導(dǎo)通故障，其中功率MOSFET沒有變成截止?fàn)顟B(tài)。
這些情況是，盡管功率MOSFET的柵極泄漏電流小，但是電流的突然增加引起使功 率MOSFET不可控制的故障。
(4)由于IPD的消耗電流的變化導(dǎo)致的故障
如圖M中所示，考慮在IPD的控制器的線圖案之間(線1和線2之間)存在殘留 的線圖案的情況。假定，在IPD的制作階段的檢查中，線1和線2被電氣地斷開，并且檢測 已經(jīng)通過。然而，在后續(xù)的IPD操作中，當(dāng)由于環(huán)境溫度中的變化導(dǎo)致殘留的線圖案膨脹和 冷縮時，例如，并且線1和線2被電氣地短路，具有電阻分量，電流在線1和線2之間流動。 圖24B是示出此情況的電路圖。
在這樣的情況下，因為殘留的線圖案具有高電阻，所以IPD的總消耗電流的波動 小并且對IPD的操作沒有任何影響。然而，如果IPD保持操作，那么殘留的線圖案的電阻變 小，并且突然對IPD施加影響。由于此影響，IPD變得不可控制，并且被確定為故障。此情 況是，盡管IPD的總消耗電流的增加和減少小，但是殘留的線圖案的電阻分量的波動導(dǎo)致 突然故障。
如上面的四個故障情況中所述，取決于IPD的故障，在功率MOSFET的導(dǎo)通電阻、 IPD的消耗電流和泄漏電流(柵極泄漏、截止泄漏)中存在小的變化，并且在此值中發(fā)生突 然的變化，從而發(fā)生故障。因此，由于后續(xù)的退化進(jìn)程為了防止發(fā)生偶發(fā)故障時段中的故障 或者避免由于后續(xù)的劣化處理導(dǎo)致已經(jīng)經(jīng)歷諸如浪涌的異常情況的IPD的故障，必須監(jiān)視 上述的功率MOSFET的導(dǎo)通電阻、以及IPD的消耗電流和泄漏電流中的小變化。
此外，如上所述，為了保護(hù)功率MOSFET免于異常的情況，圖25和圖沈中所示的 IPD包括過電流檢測器和過溫度傳感器。然而，當(dāng)在PID中突然出現(xiàn)狀態(tài)轉(zhuǎn)變并且IPD的功 能被退化時，過電流檢測器和過溫度傳感器不能充分地保護(hù)IPD。
例如，假定負(fù)載短路作為異常狀況的情況。如上所述，即使當(dāng)在負(fù)載短路時通過電 流限制器限制流到功率MOSFET的電流時，超過額定值的大電流暫時地流到功率M0SFET。由 于大電流，導(dǎo)致在組成功率MOSFET的單元當(dāng)中的具有高電流密度的一些單元中出現(xiàn)電遷 移。此外，在IPD的操作期間電遷移繼續(xù)，并且作為IPD特性，輸出導(dǎo)通電阻變得略高。
例如，假定存在組成IPD的功率MOSFET的15000個單元，由于它們當(dāng)中的1000單 元中的電遷移導(dǎo)致電阻值增加。在這樣的情況下，當(dāng)它變成斷開狀態(tài)時，即，當(dāng)電阻值變成無限大時，IPD的功率MOSFET的導(dǎo)通電阻變成15000/14000倍。具體地，當(dāng)制造的初始階 段的導(dǎo)通電阻是ΙΟΟπιΩ時，由于電遷移的導(dǎo)通電阻是107. 143mΩ。
在這樣的情況下，如果IPD的后續(xù)的操作處于額定值內(nèi)，例如，如果輸出電流處于 2Α內(nèi)，那么功率MOSFET的壓降最大是214. ^6mV，并且理所當(dāng)然的是，(當(dāng)過電流檢測的閾 值是500mV時)上述的過電流檢測器沒有進(jìn)行工作。此外，同樣對于過溫度傳感器，因為 IPD的使用條件被設(shè)置為100°C，例如，通過在正常操作中給溫度額定值(例如，150°C )提 供足夠的裕量，(當(dāng)過溫度檢測的閾值是175°C時)過溫度傳感器也沒有操作。
然而，如在上面描述的IPD的故障情況中的“⑴由于功率MOSFET的導(dǎo)通電阻的 增加導(dǎo)致的故障”中所述，在功率MOSFET的單元中電遷移的情況下，寄生雙極晶體管通過正 常操作的切換，特別是截止來進(jìn)行操作。由于由寄生雙極晶體管引起的電流集中，導(dǎo)致寄生 單元突然發(fā)熱，并且在功率MOSFET中出現(xiàn)故障。以該方式，由于突然的狀態(tài)轉(zhuǎn)變導(dǎo)致功率 MOSFET能夠突然地到達(dá)損壞。因此，被包括在背景技術(shù)中描述的IPD中的過電流檢測器和 過溫度傳感器不能夠處理突然的狀態(tài)轉(zhuǎn)變，并且因此存在在某些情況下在IPD中出現(xiàn)故障 的問題。
本發(fā)明的第一示例性方面是半導(dǎo)體裝置，該半導(dǎo)體裝置包括設(shè)定值存儲單元，該 設(shè)定值存儲單元存儲基于半導(dǎo)體裝置的初始特性值確定的設(shè)定值；和檢測器，該檢測器基 于規(guī)定時刻的半導(dǎo)體裝置的特性值和被存儲在設(shè)定值存儲單元中的設(shè)定值檢測半導(dǎo)體裝 置的特性退化。
因為根據(jù)本發(fā)明的示例性方面的半導(dǎo)體裝置能夠基于基于半導(dǎo)體裝置的初始特 性值確定的設(shè)定值和規(guī)定時刻的半導(dǎo)體裝置的特性值檢測導(dǎo)致半導(dǎo)體裝置的故障的特性 退化，能夠防止發(fā)生半導(dǎo)體裝置的故障。
本發(fā)明的第二示例性方面是檢測半導(dǎo)體裝置的特性退化的方法，包括存儲基于 半導(dǎo)體裝置的初始特性值確定的設(shè)定值；并且基于規(guī)定時刻的半導(dǎo)體裝置的特性值和存儲 的設(shè)定值檢測半導(dǎo)體裝置的特性退化。
因為根據(jù)本發(fā)明的示例性方面的檢測半導(dǎo)體裝置的特性退化的方法能夠基于規(guī) 定時刻的半導(dǎo)體裝置的特性值和基于半導(dǎo)體裝置的初始特性值確定的設(shè)定值檢測導(dǎo)致半 導(dǎo)體裝置的故障的特性退化，因此能夠防止半導(dǎo)體裝置發(fā)生故障。
根據(jù)上述的本發(fā)明的示例性方面，能夠提供半導(dǎo)體裝置和檢測半導(dǎo)體裝置的特性 退化的方法，其能夠檢測導(dǎo)致半導(dǎo)體裝置的故障的特性退化。


結(jié)合附圖，根據(jù)某些示例性實施例的以下描述，以上和其它示例性方面、優(yōu)點和特 征將更加明顯，其中
圖1是示出根據(jù)第一示例性實施例的半導(dǎo)體裝置(IPD)的框圖2是描述根據(jù)第一示例性實施例的半導(dǎo)體裝置(IPD)的細(xì)節(jié)的框圖3是示出根據(jù)第一示例性實施例的半導(dǎo)體裝置(IPD)的導(dǎo)通電阻檢測器的示例 的電路圖4是示出根據(jù)第一示例性實施例的半導(dǎo)體裝置(IPD)的柵極泄漏檢測器的示例 的電路圖5是示出根據(jù)第一示例性實施例的半導(dǎo)體裝置(IPD)的截止泄漏檢測器的示例的電路圖；圖6是示出根據(jù)第一示例性實施例的半導(dǎo)體裝置(IPD)的消耗電流檢測器的示例 的電路圖；圖7是示出根據(jù)第一示例性實施例的半導(dǎo)體裝置(IPD)的設(shè)定值存儲單元的示例 的電路圖；圖8是描述從根據(jù)第一示例性實施例的半導(dǎo)體裝置(IPD)的制造到異常性檢測的 流程的流程圖；圖9是示出根據(jù)第二示例性實施例的半導(dǎo)體裝置(IPD)的框圖；圖10是描述從根據(jù)第二示例性實施例的半導(dǎo)體裝置(IPD)的制造到異常性檢測 的流程的流程圖；圖11是示出隨著時間的流逝的IPD的故障率的變化的視圖；圖12是示出隨著時間的流逝的IPD的特性值的變化的視圖；圖13是示出由于負(fù)載短路導(dǎo)致的過電流流到功率MOSFET的狀態(tài)的視圖；圖14是示出在功率MOSFET中出現(xiàn)電遷移的狀態(tài)的部分橫截面圖；圖15是示出在功率MOSFET中出現(xiàn)電遷移的狀態(tài)的部分橫截面圖；圖16是示出寄生雙極晶體管形成在功率MOSFET中的狀態(tài)的部分橫截面圖；圖17是示出功率MOSFET的源極擴散區(qū)域的寬度大的情況的部分橫截面圖；圖18是示出在功率MOSFET的源極擴散區(qū)域的寬度大的情況下漏源電壓和電流值 之間的關(guān)系的視圖；圖19是示出正電荷被囚禁到功率MOSFET的柵氧化膜中的情況的部分橫截面圖；圖20是示出由于浪涌電壓施加導(dǎo)致在功率MOSFET的柵極和源極之間出現(xiàn)泄漏點 的情況的部分橫截面圖；圖21是在功率MOSFET的柵極和源極之間出現(xiàn)泄漏點的情況下的等效電路圖；圖22是示出由于浪涌電壓施加導(dǎo)致在功率MOSFET的柵極和漏極之間出現(xiàn)泄漏點 的情況的部分橫截面圖；圖23是在功率MOSFET的柵極和漏極之間出現(xiàn)泄漏點的情況下的等效電路圖；圖24A是示出IPD的控制器的線圖案(線1和線2之間)存在殘留的線圖案的情 況的部分平面圖；圖24B是在線圖案(線1和線2)被短路的情況下的電路圖；圖25是示出根據(jù)現(xiàn)有技術(shù)的包含智能功率器件(IPD)的示例性電路的框圖；圖26是根據(jù)現(xiàn)有技術(shù)的IPD的框圖；圖27A至27C是示出根據(jù)背景技術(shù)的當(dāng)功率MOSFET導(dǎo)通并且然后在IPD中出現(xiàn) 負(fù)載短路時的功率MOSFET的輸出電流中的變化的視圖，具體地，圖27A是沒有電流限制器 和過電流檢測器的情況，圖27B是存在電流限制器的情況，并且圖27C是存在電流限制器和 過電流檢測器的情況；圖28是示出過電流檢測器的示例的電路圖；圖29A至圖29C是示出根據(jù)背景技術(shù)的當(dāng)功率MOSFET導(dǎo)通并且然后在IPD中出 現(xiàn)負(fù)載短路時的功率MOSFET的溫度和輸出電流中的變化的視圖，具體地，圖29A是沒有電流限制器和過電流檢測器的情況，圖29B是存在電流限制器的情況，并且圖29C是存在電流 限制器和過電流檢測器的情況；以及
圖30是示出過溫度傳感器的示例的電路圖。
具體實施方式
[第一示例性實施例]
在下文中參考附圖描述本發(fā)明的第一示例性實施例。圖1是示出根據(jù)示例性實施 例的IPD (半導(dǎo)體裝置)1的框圖。通過半導(dǎo)體制造工藝制造根據(jù)示例性實施例的IPD 1，并 且IPD 1包括設(shè)定值存儲單元3，該設(shè)定值存儲單元3存儲在半導(dǎo)體芯片(或者晶圓)完 成的狀態(tài)下基于IPD 1的初始特性值確定的設(shè)定值；和檢測器4，該檢測器4基于在諸如引 擎控制單元(ECU)的系統(tǒng)中執(zhí)行IPD 1的狀態(tài)下的規(guī)定時刻的IPD 1的特性值和存儲在設(shè) 定值存儲單元3中的設(shè)定值來檢測IPD 1的特性退化。
例如，被包括在根據(jù)示例性實施例的IPD 1中的功率半導(dǎo)體器件是功率MOSFET 2。例如，功率MOSFET 2是N型功率M0SFET，其中漏極被連接至電源端子(Vcc) 5，源極被連 接至輸出端子(OUT)6，并且柵極被連接至輸入端子(IN)7?？刂菩盘柋惶峁┙o功率M0SFET2 的柵極。注意，在根據(jù)示例性實施例的半導(dǎo)體裝置1中，驅(qū)動器可以被放置在功率MOSFET 2 和輸入端子7之間。此外，負(fù)載被連接至輸出端子6。功率半導(dǎo)體器件不限于功率M0SFET， 并且它可以是絕緣柵雙極晶體管(IGBT)。
例如，在根據(jù)示例性實施例的IPD 1中，檢測器4可以是用于檢測功率MOSFET 2 的導(dǎo)通電阻的特性退化的電路、用于檢測功率MOSFET 2的柵極泄漏的特性退化的電路、用 于檢測功率MOSFET 2的截止泄漏的特性退化的電路、以及用于檢測流到IPD 1的消耗電流 的特性退化(壓降)的電路。注意，除此之外，可以使用任何的值，只要它是能夠用于檢測 本示例性實施例中的IPD的特性退化的特性值。
此外，在根據(jù)示例性實施例的IPD 1中，從檢測器4輸出檢測結(jié)果，并且從輸出端 子8輸出檢測結(jié)果。具體地，當(dāng)檢測器4檢測到異常時，從輸出端子8輸出通知異常的信號， 并且當(dāng)檢測器4沒有檢測到異常時，從輸出端子8輸出通知正常的信號。例如，當(dāng)從輸出端 子8輸出通知異常的信號時，控制IPD 1的控制器(圖2中的微型計算機10)顯示通知交 換IPD 1的必要性的消息，更改IPD 1的控制參數(shù)，或者停止IPD 1的操作。
此夕卜，例如，當(dāng)檢測器4檢測IPD 1的特性退化時使用的規(guī)定時刻的IPD 1的特性 值可以是IPD 1的電源接通時的特性值、當(dāng)控制信號被輸入到IPD 1的輸入端子7時的時 刻的特性值、當(dāng)用于檢測IPD 1的特性退化的指令信號被從控制器輸入到IPD 1時的時刻 的特性值、在IPD 1的操作等等期間的規(guī)則的時間間隔的特性值。注意，除了這些之外，可 以任意地設(shè)置獲取IPD 1的特性值的規(guī)定時刻。
在下文中參考圖2描述根據(jù)示例性實施例的IPD(半導(dǎo)體裝置)的詳細(xì)構(gòu)造。圖 2是示出根據(jù)示例性實施例的IPD 1的詳細(xì)構(gòu)造的框圖。根據(jù)示例性實施例的IPD 1包括 功率MOSFET 2、驅(qū)動器12、電流限制器13、斷開檢測器14、電流檢測器15、溫度傳感器16、 以及DIAG輸出端子9。
功率MOSFET 2的漏極被連接至電源端子(Vcc) 5，柵極被連接至驅(qū)動器12，并且源 極被連接至輸出端子(OUT) 6。此外，電流限制器13被連接在功率MOSFET 2的柵極和源極之間。負(fù)載RL被連接至輸出端子(0UT)6，并且功率MOSFET 2將電流提供給負(fù)載RL。此外， 驅(qū)動器12是用于驅(qū)動功率MOSFET 2的電路。例如，電流限制器13是下述電路，其限制輸出電流以防止由由于異常的條件導(dǎo)致 流到功率MOSFET 2的過電流引起的功率MOSFET 2的退化和損壞，諸如其中輸出端子6和 負(fù)載的GND 端子被短路的負(fù)載短路。當(dāng)電流限制器13沒有被執(zhí)行時，例如，100A或者更多 的過電流流到功率MOSFET 2。然而，通過合并有電流限制器13，流到功率MOSFET 2的電流 能夠被限制到15A左右。斷開檢測器14是檢測輸出端子(OUT) 6的斷開狀態(tài)的電路。具體地，斷開檢測器 14是用于檢測應(yīng)被連接至輸出端子6的負(fù)載RL沒有被連接到其的狀態(tài)的電路。電流檢測器15是檢測超過電流額定值的電流是否流到功率MOSFET 2的電路。例 如，當(dāng)功率MOSFET 2的電流額定值是2A時，當(dāng)由于一些異常(例如，上述的負(fù)載短路)導(dǎo) 致15A的電流流到功率MOSFET 2時進(jìn)行電流檢測。溫度傳感器16是下述電路，其當(dāng)由于異常狀態(tài)(例如，上述的負(fù)載短路)導(dǎo)致功 率MOSFET 2的溫度超過預(yù)置的溫度(例如，175°C )時檢測異常。斷開檢測器14、電流檢測器15以及溫度傳感器16的各自的輸出被提供給AND電 路17。然后，當(dāng)斷開檢測器14、電流檢測器15以及溫度傳感器16的輸出都處于H電平(高 電平，正常)時，AND電路17將H電平信號輸出到逆變器18和AND電路11。逆變器18將 來自于AND電路17的H電平信號反轉(zhuǎn)為L電平(低電平)信號并且將L電平信號提供給 N型MOS晶體管麗1的柵極。在這樣的情況下，因為麗1的柵極是L電平，所以表示正常的 H電平信號被從DIAG輸出端子9輸出。另一方面，當(dāng)斷開檢測器14、電流檢測器15以及溫度傳感器16的輸出中的任何 一個是L電平(異常)時，AND電路17將L電平信號輸出到逆變器18。逆變器18將來自 于AND電路17的L電平信號反轉(zhuǎn)為H電平信號并且將H電平信號提供給N型MOS晶體管 麗1的柵極。因為麗1的柵極是H電平，所以表示異常的L電平信號被從DIAG輸出端子9 輸出。具體地，在斷開檢測器14檢測器檢測到其中負(fù)載沒有被連接至輸出端子(0UT)6 的狀態(tài)、電流檢測器15檢測到過電流流動的狀態(tài)、以及溫度傳感器16檢測到過溫度出現(xiàn)的 狀態(tài)的情況中的任何一個或者多個中，通知異常的信號被從DIAG輸出端子9輸出到控制器 (微型計算機)10。此外，控制IPD 1的控制器(微型計算機)10將用于導(dǎo)通/截止IPDl的控制信號 輸出到IPD 1的輸入端子(IN)7?？刂菩盘柋惶峁┙oIPDl的AND電路11。此外，來自于AND 電路17的輸出也被提供給AND電路11。因此，當(dāng)來自于微型計算機10的信號是H電平并 且來自于AND電路17的信號是H電平時，AND電路11將H電平信號輸出到驅(qū)動器12。另 一方面，當(dāng)來自于微型計算機10的信號和來自于AND電路17的信號中的至少一個是L電 平時，AND電路11將L電平信號輸出到驅(qū)動器12。當(dāng)AND電路11輸出H電平信號時驅(qū)動 器12驅(qū)動功率MOSFET 2，并且當(dāng)AND電路11輸出L電平信號時沒有驅(qū)動功率MOSFET 2。 具體地，當(dāng)斷開檢測器14、電流檢測器15以及溫度傳感器16中的任何一個表現(xiàn)出異常時， 驅(qū)動器12進(jìn)行控制以不驅(qū)動功率MOSFET 2。此外，如圖2中所示，根據(jù)示例性實施例的IPD 1包括導(dǎo)通電阻檢測器20、柵極泄漏檢測器30、截止泄漏檢測器40、以及消耗電流檢測器50。導(dǎo)通電阻檢測器20包括圖1中 所示的與設(shè)定值存儲單元3相對應(yīng)的電路和與檢測器4相對應(yīng)的電路。對于柵極泄漏檢測 器30、截止泄漏檢測器40以及消耗電流檢測器50也是一樣。此外，用于通知IPD 1的電源 被接通的電源接通信號被提供給導(dǎo)通電阻檢測器20、柵極泄漏檢測器30、截止泄漏檢測器 40、以及消耗電流檢測器50。
導(dǎo)通電阻檢測器20是下述電路，該電路基于基于功率MOSFET 2的導(dǎo)通電阻的初 始特性值(制造時的特性值)確定的設(shè)定值和規(guī)定時刻的功率MOSFET 2的導(dǎo)通電阻的特 性值檢測IPD 1的特性退化。在本示例性實施例中，例如，假定當(dāng)規(guī)定的時刻的導(dǎo)通電阻的 特性值變得等于或者大于基于導(dǎo)通電阻的初始特性值確定的設(shè)定值的1. 1倍時導(dǎo)通電阻 檢測器20檢測到異常。
柵極泄漏檢測器30基于基于功率MOSFET 2的柵極泄漏的初始特性值(制造時的 特性值)確定的設(shè)定值和規(guī)定時刻的功率MOSFET 2的柵極泄漏的特性值檢測截止?fàn)顟B(tài)或 者導(dǎo)通狀態(tài)下的IPD 1的特性退化。在本示例性實施例中，例如，假定當(dāng)規(guī)定的時刻的柵極 泄漏的特性值變得等于或者大于是基于柵極泄漏的初始特性值(制造時的特性值)確定的 設(shè)定值的1 μ A時柵極泄漏檢測器30檢測到異常。注意，基于初始特性值確定的設(shè)定值是通 過將任意值(例如，ΙμΑ)添加到柵極泄漏的初始特性值(例如，ΟμΑ)獲得的設(shè)定值(= 0 μ Α+1 μ Α)。
截止泄漏檢測器40是下述電路，該電路基于基于功率MOSFET 2的截止泄漏的初 始特性值(制造時的特性值)確定的設(shè)定值和規(guī)定時刻的功率MOSFET 2的截止泄漏的特 性值檢測IPD 1的特性退化。在本示例性實施例中，例如，假定當(dāng)規(guī)定時刻的截止泄漏的 特性值變得等于或者大于是基于截止泄漏的初始特性值(制造時的特性值)確定的設(shè)定 值的1 μ A時截止泄漏檢測器40檢測到異常。注意，基于初始特性值確定的設(shè)定值是通過 將任意值(例如，ΙμΑ)添加到截止泄漏的初始特性值(例如，ΟμΑ)獲得的設(shè)定值(= 0 μ Α+1 μ Α)。
消耗電流檢測器50是下述電路，該電路基于基于流過IPD 1的內(nèi)部GND線(內(nèi)部 基準(zhǔn)線)55的消耗電流Ic的初始特性值(制造時的特性值)確定的設(shè)定值和規(guī)定時刻的 IPD 1的消耗電流的特性值檢測IPD 1的特性退化。在本示例性實施例中，例如，假定當(dāng)規(guī) 定時刻的消耗電流的特性值變得等于或者大于基于消耗電流的初始特性值確定的設(shè)定值 的1. 1倍時消耗電流檢測器50檢測到異常。
導(dǎo)通電阻檢測器20的輸出21、柵極泄漏檢測器30的輸出31、截止泄漏檢測器40 的輸出41、以及消耗電流檢測器50的輸出51被提供給NAND電路19。在本示例性實施例 中，例如，假定當(dāng)輸出21、31、41、以及51是H電平時為正常并且當(dāng)它們是L電平時為異常。 NAND電路19的輸出被連接至N型MOS晶體管麗2的柵極。當(dāng)NAND電路19輸出L電平信 號時，表示異常的H電平信號被從輸出端子(警告)8輸出。另一方面，當(dāng)NAND電路19輸 出H電平信號時，表示異常的L電平信號被從輸出端子(警告)8輸出。
具體地，當(dāng)滿足下述條件(1)至(4)中的至少一個時，表示異常性的L電平信號被 從輸出端子(警告)8輸出，并且當(dāng)下述條件⑴至(4)都沒有滿足時，表示正常的H電平 信號被從輸出端子(警告)8輸出。
(1)當(dāng)規(guī)定時刻的功率MOSFET 2的導(dǎo)通電阻的特性值變得等于或者大于基于功13率MOSFET 2的導(dǎo)通電阻的初始特性值確定的設(shè)定值的1. 1倍時。(2)當(dāng)規(guī)定時刻的功率MOSFET 2的柵極泄漏的特性值變得等于或者大于是設(shè)定值的ΙμΑ時。(3)當(dāng)規(guī)定時刻的功率MOSFET 2的截止泄漏的特性值變得等于或者大于是設(shè)定值的ΙμΑ時。(4)當(dāng)規(guī)定時刻的IPD 1的消耗電流的特性值變得等于或者大于基于IPD 1的消 耗電流的初始特性值確定的設(shè)定值的1.1倍時。微型計算機10能夠基于從輸出端子(警告)8輸入的信號確定隨時間的IPD 1的 退化狀態(tài)等等。此外，例如，當(dāng)表示異常的信號被輸入時，微型計算機10能夠顯示通知交換 IPD 1的必要性的消息，更改IPDl的控制參數(shù)，或者停止IPD 1的操作。此外，例如，當(dāng)導(dǎo)通電阻檢測器20、柵極泄漏檢測器30、截止泄漏檢測器40以及消 耗電流檢測器50檢測IPD 1的特性退化時使用的規(guī)定時刻的IDP 1的特性值可以是IPD 1的電源接通時的特性值、當(dāng)控制信號被提供給IPD 1的輸入端子7時的時刻的特性值、當(dāng) 用于檢測IPDl的特性退化的指令信號被從控制器提供給IPD 1時的時刻的特性值、在IPDl 的操作等等期間規(guī)則的時間間隔的特性值等等。注意，除了這些之外，可以任意地設(shè)置獲取 IPD 1的特性值的規(guī)定時刻。在下文中描述根據(jù)示例性實施例的IPD 1的導(dǎo)通電阻檢測器20的具體電路構(gòu)造 的示例。圖3是示出根據(jù)示例性實施例的IPD 1的導(dǎo)通電阻檢測器20的示例的電路圖。導(dǎo) 通電阻檢測器20包括電阻器(第一電阻器)Rs、電阻器(第二電阻器)Rf、可變電阻器(第 一可變電阻器)Ral、以及比較器(第一比較器)25。電阻器Rs的一端被連接至功率MOSFET 2的源極側(cè)上的結(jié)點(第一結(jié)點)24，并且 另一端被連接至結(jié)點(第二結(jié)點)26?？勺冸娮杵鱎al的一端被連接至功率MOSFET 2的漏 極側(cè)上的結(jié)點22，并且另一端被連接至結(jié)點(第三結(jié)點)23。電阻器Rf的一端被連接至結(jié) 點23，并且另一端被連接至結(jié)點26。此外，比較器25的輸入被連接至結(jié)點23和結(jié)點24，并 且比較器25的輸出21被連接至圖2中的NAND電路19的輸入。在圖3中所示的導(dǎo)通電阻檢測器20中，當(dāng)功率MOSFET 2被導(dǎo)通時，電流Iout從 功率MOSFET 2的源極流動。這時，當(dāng)測量電源端子(Vcc) 5和結(jié)點26 (輸出端子(0UT)6) 之間的電壓Vcc-Vout和功率MOSFET 2的漏源電壓Vds時建立下述關(guān)系。表達(dá)式1 Vds/ (Vcc-Vout) = Ron X lout/ (Ron X Iout+Rs X lout) = Ron/ (Ron+Rs)在上面的表達(dá)式1中，Ron是基于功率MOSFET 2的導(dǎo)通電阻的初始特性值確定的 設(shè)定值。因此，通過使用下述的關(guān)系表達(dá)式能夠獲得Ral，利用Ral功率MOSFET 2的導(dǎo)通電 阻變得等于或者大于基于導(dǎo)通電阻的初始特性值確定的設(shè)定值的1. 1倍。表達(dá)式2:RonXl. 1/(Ron XL 1+Rs) = Ral/(Ral+Rf)例如，當(dāng)導(dǎo)通電阻的設(shè)定值是Ron = IOOmQ時，通過使用上面的表達(dá)式2獲得Rs =IOmQ并且Rf = IOkQ, Ral = IlOkQ。因此，獲得的電阻值被用作導(dǎo)通電阻檢測器20 的設(shè)定值。這時，在圖2中所示的導(dǎo)通電阻檢測器20的結(jié)點23，出現(xiàn)是通過基于電阻器Ral和電阻器Rf的電阻值劃分電源端子(Vcc)5和輸出端子(OUT) 6之間的電壓Vcc-Vout獲得 的電壓值的Vref (因為它是設(shè)定值所以Vref是不變的)。此外，在導(dǎo)通電阻檢測器20的結(jié) 點24，出現(xiàn)是通過基于功率MOSFET 2的導(dǎo)通電阻Ron和電阻Rs劃分電源端子(Vcc) 5和輸 出端子(OUT) 6之間的電壓Vcc-Vout獲得的電壓值的Vm。 因為在初始狀態(tài)下 Ral = IlOkQ , Rf = IOk Ω，Ron = IOOmΩ，并且 Rs = ΙΟι Ω，
所以結(jié)點23的電壓Vref低于結(jié)點24的電壓Vm。比較器25將結(jié)點23的電壓Vref與結(jié)點 24的電壓Vm進(jìn)行比較，并且當(dāng)Vref < Vm時輸出表示正常的信號(H電平)。另一方面，隨著由于功率MOSFET 2的特性退化導(dǎo)致導(dǎo)通電阻Ron的值增加，結(jié)點 24的電壓Vm逐漸地減小。因此，比較器25將結(jié)點23的電壓Vref與結(jié)點24的電壓Vm進(jìn) 行比較，并且當(dāng)Vref彡Vm時輸出表示異常的信號(L電平)。具體地，當(dāng)功率MOSFET 2的 導(dǎo)通電阻變得等于或者大于RonX1.K例如，1 IOm Ω )時，結(jié)點23的電壓Vref和結(jié)點24的 電壓Vm滿足Vref彡Vm,并且通過使用比較器25比較大小關(guān)系，能夠檢測功率MOSFET 2的 導(dǎo)通電阻的異常。注意，圖3中所示的導(dǎo)通電阻檢測器是一個示例，并且可以使用任何電路，只要能 夠檢測到功率MOSFET 2的導(dǎo)通電阻。此外，例如，當(dāng)Ral的值被用作導(dǎo)通電阻檢測器20的設(shè)定值時，可以使用圖7中所 示的電路(設(shè)定值存儲單元)。圖7中所示的電路包括多個電阻器，多個電阻器被串聯(lián)地連 接在結(jié)點60和結(jié)點61之間。圖7中所示的電阻器的電阻值僅僅是示例，并且它們可以被 任意地變化。此外，結(jié)點60對應(yīng)于圖3中的導(dǎo)通電阻檢測器20的結(jié)點22，并且結(jié)點61對 應(yīng)于圖3中的導(dǎo)通電阻檢測器20的結(jié)點23。P型MOS晶體管MPlO至ΜΡ16中的每一個的漏 極和源極分別被連接至被串聯(lián)地連接的多個電阻器中的每一個的兩端。此外，恒流源62-1 至62-7分別被連接至P型MOS晶體管MPlO至ΜΡ16的柵極。在恒流源62_1至62_7和基 準(zhǔn)電源之間，微調(diào)電阻器63-1至63-7分別被放置在與P型MOS晶體管MPlO至ΜΡ16相對 應(yīng)的位置處。例如，基準(zhǔn)電源可以具有能夠?qū)≒型MOS晶體管MPlO至ΜΡ16的電勢，并且 它被連接至IPD 1的內(nèi)部GND線(內(nèi)部基準(zhǔn)線)。例如當(dāng)如在本示例性實施例中所描述的Ral = IlOkQ時，選擇 64k Ω +32k Ω +8k Ω +4k Ω +2k Ω的電阻器(在圖7的情況下，必須選擇64k Ω )。具體地，通 過激光施加切斷微調(diào)電阻器63-2、63-3、63-5以及63_7，并且截止P型MOS晶體管ΜΡ11、 ΜΡ12、ΜΡ14以及ΜΡ16。因此，選擇2k Ω、4k Ω、8k Ω以及32k Ω的電阻器，從而結(jié)點60和結(jié) 點61之間的電阻值是IlOkQ。在圖7中所示的電路中，能夠從64kQ到132kQ以IkQ為單位來設(shè)置Ral。因 此，即使當(dāng)功率MOSFET 2的導(dǎo)通電阻Ron從80k變化120k Ω時，能夠設(shè)置是導(dǎo)通電阻Ron 的1. 1倍的檢測點。具體地，在88kΩ到132kΩ的范圍內(nèi)能夠設(shè)置Ral。注意，圖7中所示 的設(shè)置Ral的電路是一個示例，并且能夠使用任何電路，只要能夠設(shè)置Ral。在下文中描述根據(jù)示例性實施例的IPD 1的柵極泄漏檢測器30的具體電路構(gòu)造 的示例。圖4是示出根據(jù)示例性實施例的IPD 1的柵極泄漏檢測器30的示例的電路圖。柵 極泄漏檢測器30包括電阻器(第三電阻器)Rg、可變電阻器(第二可變電阻器)Ra2、電阻 器(第五電阻器)Rd、恒壓源(第一恒壓源)Vini、運算放大器(第一運算放大器)32、以及 比較器(第二比較器)33。
電阻器Rg被連接至功率MOSFET 2的柵極，并且一端被連接至運算放大器32的一 個輸入，并且另一端被連接至運算放大器32的另一輸入?？勺冸娮杵鱎a2的一端被連接至 功率MOSFET 2的漏極側(cè)上的結(jié)點35，并且另一端被連接至結(jié)點34。電阻器Rd的一端被連 接至結(jié)點34，并且另一端被連接至恒壓源Vini的一端。此外，恒壓源Vini的另一端被連 接至結(jié)點35。運算放大器32的輸入被連接至電阻器Rg的兩端，并且輸出被連接至比較器 33的一個輸入。比較器33的另一輸入被連接至結(jié)點34，并且比較器33的輸出31被連接 至圖2中的NAND電路19的輸入。
基于恒壓源Vini的電壓值、可變電阻器Ra2的電阻值以及電阻器Rd的電阻值確 定的電壓出現(xiàn)在結(jié)點34處。結(jié)點34的電壓值被提供給比較器33作為基準(zhǔn)電壓Vref。通 過改變可變電阻器Ra2的值能夠任意地改變基準(zhǔn)電壓Vref。
此外，當(dāng)在功率MOSFET 2中不存在柵極泄漏時，柵極泄漏電流Ig沒有流過電阻器 Rg0在這樣的情況下，在是運算放大器32的輸入的電阻器Rg的兩端之間不存在電勢差。然 而，當(dāng)在功率MOSFET 2中存在柵極泄漏時，柵極泄漏電流Ig流過電阻器Rg，并且在是運算 放大器32的輸入的電阻器Rg的兩端之間存在電勢差。運算放大器32基于電阻器Rg的兩 端之間的電勢差輸出信號。因此，隨著柵極泄漏電流Ig增加，電阻器Rg的兩端之間的電勢 差增加。運算放大器32的輸出電壓被提供給比較器33的一個輸入并且與通過可變電阻器 Ra2設(shè)置的基準(zhǔn)電壓Vref進(jìn)行比較。當(dāng)運算放大器32的輸出電壓小于基準(zhǔn)電壓Vref時比 較器33輸出表示正常的H電平信號，并且當(dāng)運算放大器32的輸出電壓等于或者大于基準(zhǔn) 電壓Vref時輸出表示異常的L電平信號。
例如，當(dāng)通過使用柵極泄漏檢測器30檢測柵極泄漏電流Ig變得等于或者大于 1μ A的情況時，可變電阻器Ra2的電阻值被如下地設(shè)置。首先，獲得當(dāng)IyA的柵極泄漏電 流從其流過時在電阻器Rg的兩端之間存在的電勢差。接下來，獲得當(dāng)電勢差被提供給運算 放大器32時從運算放大器32輸出的電壓值。然后，以電壓值和基準(zhǔn)電壓Vref相等的方式 確定可變電阻器Ra2的電阻值。通過以這樣的方式設(shè)置可變電阻器Ra2的電阻值，能夠設(shè) 置為當(dāng)柵極泄漏電流Ig小于1 μ A時比較器33輸出表示正常的H電平信號，并且當(dāng)柵極泄 漏電流Ig等于或者大于1 μ A時輸出表示異常的L電平信號。
注意，同樣在柵極泄漏檢測器30中，圖7中所示的電路可以被用于可變電阻器Ra2 的設(shè)置。此外，圖4中所示的柵極泄漏檢測器是一個示例，并且可以使用任何電路，只要能 夠檢測功率MOSFET 2的柵極泄漏。
在下文中描述根據(jù)示例性實施例的IPD 1的截止泄漏檢測器的具體電路構(gòu)造的 示例。圖5是示出根據(jù)示例性實施例的IPD 1的截止泄漏檢測器40的示例的電路圖。截 止泄漏檢測器40包括電阻器(第六電阻器)Rs、可變電阻器(第三可變電阻器)Ra3、恒壓 源(第二恒壓源)Vini、N型MOS晶體管麗3至麗5、P型MOS晶體管MPl和MP2、以及運算 放大器(第三運算放大器)43。
電阻器Rs被連接至功率MOSFET 2的源極。此外，電阻器Rs的兩端被連接至運算 放大器43的輸入。運算放大器43的輸出被連接至N型MOS晶體管(第一晶體管)麗3的柵 極。N型MOS晶體管麗3的漏極被連接至功率MOSFET 2的源極，并且N型MOS晶體管麗3 的源極被連接至結(jié)點(第四結(jié)點)44。結(jié)點44被連接至N型MOS晶體管麗5的漏極和柵 極。N型MOS晶體管麗5的源極被連接至N型MOS晶體管MN4的源極，并且N型MOS晶體管麗5的柵極被連接至N型MOS晶體管MN4的柵極。N型MOS晶體管MN4的漏極被連接至結(jié) 點(第五結(jié)點)42。N型MOS晶體管MN4和麗5形成電流鏡(第一電流鏡)。此外，P型MOS晶體管MPl的源極被連接至P型MOS晶體管MP2的源極、電源端子 (Vcc)5、以及恒壓源(第二恒壓源)Vini的一端。此外，P型MOS晶體管MPl的柵極和漏極 被連接至P型MOS晶體管MP2的柵極和可變電阻器(第三可變電阻器)Ra3的一端?？勺?電阻器Ra3的另一端被連接至恒壓源Vini的另一端。此外，P型MOS晶體管MP2的漏極被 連接至結(jié)點42。P型MOS晶體管MPl和MP2形成電流鏡(第二電流鏡)。此外，結(jié)點42的 輸出41被連接至圖2中的NAND電路19的輸入。

基于恒壓源Vini的電壓值和可變電阻器Ra3的電阻值確定的電流Ia流到結(jié)點 42。此外，當(dāng)截止泄漏電流Ioff沒有流過電阻器Rs時，在電阻器Rs的兩端之間不存在電 勢差，并且運算放大器43的輸出是L電平信號，并且N型MOS晶體管麗3沒有導(dǎo)通。在這 樣的情況下，沒有電流流到結(jié)點44，并且因此也沒有電流流到N型MOS晶體管MN4。因此， 流到結(jié)點42的電流仍為電流la。在這樣的情況下，結(jié)點42是H電平，并且截止泄漏檢測器 40輸出表示正常的H電平信號。另一方面，當(dāng)截止泄漏電流Ioff流過電阻器Rs時，在電阻器Rs的兩端之間存在 電勢差。電勢差被提供給運算放大器43的輸入，并且運算放大器43將與電勢差相對應(yīng)的信 號(H電平信號)輸出到N型MOS晶體管麗3的柵極。當(dāng)H電平信號被提供給N型MOS晶 體管麗3的柵極時，電流Ib流到結(jié)點44。電流Ib的值取決于截止泄漏電流Ioff的水平而 變化。當(dāng)電流Ib流到結(jié)點44時，電流Ib還流到N型MOS晶體管MN4。因此，流到結(jié)點42 的電流是Ia-Ib。因此，隨著截止泄漏電流Ioff的水平增加，Ib增加，并且流到結(jié)點42的 電流Ia-Ib逐漸減少。最后，結(jié)點42變成L電平，并且截止泄漏檢測器40輸出表示異常的 L電平信號。例如，當(dāng)通過使用截止泄漏檢測器40檢測截止泄漏電流Ioff變得等于或者大于 ΙμΑ的情況時，可變電阻器Ra3的電阻值被如下地設(shè)置。首先，獲得當(dāng)IyA的截止泄漏電 流從其流過時在電阻器Rg的兩端之間存在的電勢差。接下來，獲得當(dāng)電勢差被提供給運算 放大器43時從運算放大器43輸出的電壓值。此外，獲得當(dāng)電壓值被施加給N型MOS晶體 管麗3的柵極時流到結(jié)點44的電流lb。然后，確定電流Ia的值，當(dāng)電流Ib流到N型MOS 晶體管MN4時利用該電流Ia從輸出41輸出L電平信號。然后，可變電阻器Ra3的電阻值 被確定為在電流Ib沒有流到N型MOS晶體管MN4的狀態(tài)下電流Ia流到結(jié)點42。通過以這 樣的方式設(shè)置可變電阻器Ra3的電阻值，能夠設(shè)置為當(dāng)截止泄漏電流Ioff小于1 μ A時從 輸出41輸出表示正常的H電平信號，并且當(dāng)截止泄漏電流Ioff等于或者大于1 μ A時從輸 出41輸出表示異常的L電平信號。注意，同樣在截止泄漏檢測器40中，圖7中所示的電路可以被用于可變電阻器Ra3 的設(shè)置。此外，圖5中所示的截止泄漏檢測器是一個示例，并且可以使用任何電路，只要能 夠檢測功率MOSFET 2的截止泄漏。在下文中描述根據(jù)示例性實施例的IPD 1的消耗電流檢測器50的具體電路構(gòu)造 的示例。圖6是示出根據(jù)示例性實施例的IPD 1的消耗電流檢測器50的示例的電路圖。消 耗電流檢測器50包括電阻器(第四電阻器)Rc、可變電阻器(第四可變電阻器)Ra4、電阻 器(第五電阻器)Re、恒壓源(第一恒壓源)Vini、運算放大器(第二運算放大器)52、以及比較器(第三比較器)53。
電阻器Rc被連接至IPD 1的GND端子與IPD 1的內(nèi)部GND線(內(nèi)部基準(zhǔn)線)55 之間，所述GND線55是斷開檢測器14、電流檢測器15、溫度傳感器16、導(dǎo)通電阻檢測器20、 柵極泄漏檢測器30、截止泄漏檢測器40、AND電路17、逆變器18、N型MOS晶體管MN1、NAND 電路19以及N型MOS晶體管MN2的處于L電平的線。電阻器Rc的一端被連接至運算放大 器52的一個輸入，并且電阻器Rc的另一端被連接至運算放大器52的另一輸入。運算放大 器52的輸出被連接至比較器53的一個輸入。比較器53的另一輸入被連接至結(jié)點54，并 且輸出51被連接至圖2中的NAND電路19的輸入?？勺冸娮杵鱎a4的一端被連接至結(jié)點 54，并且可變電阻器Ra4的另一端被連接至恒壓源Vini的一端。電阻器Re的一端被連接 至結(jié)點54，并且電阻器Re的另一端被連接至恒壓源Vini的另一端和GND端子。
基于恒壓源Vini的電壓值、可變電阻器Ra4的電阻值以及電阻器Re的電阻值確 定的電壓出現(xiàn)在結(jié)點M處。結(jié)點M的電壓值被提供給比較器53作為基準(zhǔn)電壓Vref。通 過改變可變電阻器Ra4的值能夠任意地改變基準(zhǔn)電壓Vref。
在正常操作期間，正常電平的消耗電流Ic流過電阻器Re，并且在電阻器Rc的兩端 處存在與水平相對應(yīng)的電勢差。電阻器Rc的兩端處的電勢差被提供給運算放大器52，并且 運算放大器52將與電勢差相對應(yīng)的輸出電壓輸出到比較器53的一個輸入。被提供給比較 器53的輸出電壓與通過可變電阻器Ra4設(shè)置的基準(zhǔn)電壓Vref進(jìn)行比較。因為在正常操作 期間運算放大器52的輸出電壓小于基準(zhǔn)電壓Vref，所以比較器53輸出表示正常的H電平 信號。然而，當(dāng)由于功率MOSFET 2的特性退化導(dǎo)致流過電阻器Rc的消耗電流Ic增加時， 電阻器Rc的兩端處的電勢差增加，并且運算放大器52的輸出電壓變得更高。然后，當(dāng)運算 放大器52的輸出電壓等于或者高于基準(zhǔn)電壓Vref時，比較器53輸出表示異常的L電平信 號。
例如，當(dāng)通過使用消耗電流檢測器50檢測消耗電流Ic變得等于或者大于基于初 始特性值確定的設(shè)定值的1. 1倍的情況時，可變電阻器Ra4的電阻值被如下地設(shè)置。首先， 獲得當(dāng)是基于初始特性值確定的設(shè)定值的1. 1倍的消耗電流Ic從其流過時在電阻器Rc的 兩端之間存在的電勢差。接下來，獲得當(dāng)電勢差被提供給運算放大器52時從運算放大器52 輸出的電壓值。然后，以電壓值和基準(zhǔn)電壓Vref相等的方式確定可變電阻器Ra4的電阻 值。通過以這樣的方式設(shè)置可變電阻器Ra4的電阻值，能夠設(shè)置為當(dāng)消耗電流Ic小于基于 初始特性值確定的設(shè)定值的1. 1倍時比較器53輸出表示正常的H電平信號，并且當(dāng)消耗電 流Ic等于或者小于基于初始特性值確定的設(shè)定值的1. 1倍時比較器53輸出表示異常的L 電平信號。
注意，同樣在消耗電流檢測器50中，圖7中所示的電路可以被用于可變電阻器Ra4 的設(shè)置。此外，圖6中所示的消耗電流檢測器是一個示例，并且可以使用任何電路只要能夠 檢測消耗電流。
在下文中參考圖8描述根據(jù)示例性實施例的從半導(dǎo)體裝置的制造到異常檢測的 流程。首先，制造是根據(jù)示例性實施例的半導(dǎo)體裝置的智能功率器件(IPD 1)(步驟Si)。接 下來，測量功率MOSFET的初始特性，并且記錄基于初始特性值確定的設(shè)定值(步驟S2)。具 體地，在半導(dǎo)體芯片(或者晶圓)的狀態(tài)下測量初始特性值(例如，導(dǎo)通電阻Ron)，基于此 通過激光等等切斷微調(diào)電阻器從而電阻變成設(shè)定值(例如，可變電阻Ral)，并且然后執(zhí)行到引線框架的半導(dǎo)體芯片的組裝、樹脂成型以及從引線框架的切斷，從而完成每個IPD 1。 例如，當(dāng)記錄設(shè)定值時，上述的電阻值Ral至Ra4的值被用作設(shè)定值。然后，IPD 1被安裝 到諸如引擎控制單元(ECU)的系統(tǒng)(步驟S3)。然后，IPD 1的電源被接通(步驟S4)。當(dāng) IPD 1被接通時，測量IPD 1的性能(步驟S5)。具體地，在IPD 1中，導(dǎo)通電阻檢測器20、 柵極泄漏檢測器30、截止泄漏檢測器40、以及消耗電流檢測器50測量IPD 1的特性值。然后，在步驟S5中測量的IPD 1的各特性值與初始值(基于初始特性值確定的設(shè) 定值)進(jìn)行比較(步驟S6)。然后確定在步驟S5中測量的特性值中是否存在問題(步驟 S7)。當(dāng)在步驟S5中測量的特性值中存在問題時，警告被輸出到IPD 1的控制器(微型計 算機)(步驟S8)。然后，從控制器輸出通知半導(dǎo)體裝置的檢查的必要性的消息(步驟S9)。 具體地，從是控制器的微型計算機輸出推薦諸如駕駛員或者汽車經(jīng)銷商的用戶進(jìn)行檢查的 消息。通過該消息，鼓勵進(jìn)行系統(tǒng)(汽車)的檢查，并且在汽車修理店等等中執(zhí)行調(diào)節(jié)或者 修理(步驟S10)。這避免IPD 1的損壞并且使能系統(tǒng)的安全操作。另一方面，當(dāng)在步驟S5中測量的特性值中不存在問題時，以及在步驟S8中警告被 輸出到微型計算機之后，IPD 1進(jìn)行操作(步驟Sll)。然后，當(dāng)從輸入端子7提供用于截止 IPD 1的控制信號時，IPD 1的電源被截止(步驟S12)，處理進(jìn)入步驟S4并且然后從步驟 S4開始重復(fù)操作。如上所述，在根據(jù)示例性實施例的IPD 1中，能夠基于基于IPD 1的初始特性值確定的設(shè)定值和規(guī)定時刻的IPD 1的特性值檢測導(dǎo)致IPDl的故障的特性退化，并且因此能夠 防止IPD 1的故障發(fā)生。此外，在根據(jù)示例性實施例的IPD 1中，當(dāng)存在IPD 1的故障的征兆時，通過微型 計算機能夠?qū)⒕姘l(fā)布給諸如駕駛員的用戶，并且因此能夠避免系統(tǒng)(汽車等等)的故障， 并且，因此，能夠顯著地提高系統(tǒng)的安全。注意，日本未經(jīng)審查的專利申請公開No. 2007-174756公布了下述技術(shù)，該技術(shù)通 過將柵極電阻器放置在功率MOSFET的柵極處并且測量當(dāng)功率MOSFET導(dǎo)通時柵極電阻器的 壓降來預(yù)先檢測由電介質(zhì)擊穿引起的導(dǎo)通故障。此外，日本實用新型No. 2599788公布下述 技術(shù)，該技術(shù)涉及即使當(dāng)功率MOSFET處于半故障狀態(tài)中時能夠執(zhí)行故障識別的故障檢測 器。然而，根據(jù)日本未經(jīng)審查的專利申請公開No. 2007-174756和日本實用新型No. 2599788 的技術(shù)沒有公布任何關(guān)于如本發(fā)明的示例性實施例所述的存儲基于IPD的初始特性值(制 造時的特性值)確定的設(shè)定值并且基于規(guī)定時刻的IPD的特性值和設(shè)定值檢測導(dǎo)致IPD的 故障的特性退化的內(nèi)容。另一方面，根據(jù)本發(fā)明的示例性實施例，在半導(dǎo)體芯片的樹脂成型 之前測量IPD的初始特性值，通過切斷微調(diào)電阻器將設(shè)定值寫入半導(dǎo)體芯片，并且然后進(jìn) 行樹脂成型從而完成IPD。因此IPD的用戶能夠了解IPD的退化狀態(tài)而無需重新測量初始 特性值、確定用于檢測特性退化狀態(tài)的設(shè)定值或者添加特性退化檢測器。[第二示例性實施例]在下文中參考附圖描述本發(fā)明的第二示例性實施例。圖9是示出根據(jù)示例性實施 例的IPD(半導(dǎo)體裝置)的框圖。在根據(jù)示例性實施例的IPD Ia中，導(dǎo)通電阻檢測器20、 柵極泄漏檢測器30、截止泄漏檢測器40、以及消耗電流檢測器50的輸出也被輸出到AND電 路70，并且AND電路70的輸出被提供給AND電路11。其它的部件與第一示例性實施例中 描述的IPD 1的相同，并且省略重復(fù)的描述。注意，通過相同的附圖標(biāo)記來表示與第一示例性實施例中描述的IPD 1中相同的元件。此外，盡管在圖9中沒有示出組成IPD Ia的各元 件的L電平的線與消耗電流檢測器50之間的連接以避免附圖的復(fù)雜化，但是同樣地，在圖 9中，消耗電流檢測器50與是內(nèi)部GND線(內(nèi)部基準(zhǔn)線)的組成IPDla的各元件的L電平 的線以及IPD Ia的GND端子連接，與圖2的情況一樣。
在根據(jù)示例性實施例的IPD Ia中，基于在第一示例性實施例中設(shè)置的初始特性 值確定的設(shè)定值(第一設(shè)定值)和被確定為不同于第一設(shè)定值的值的設(shè)定值(第二設(shè)定 值)被存儲在導(dǎo)通電阻檢測器20、柵極泄漏檢測器30、截止泄漏檢測器40、以及消耗電流檢 測器50中。然后，對第二設(shè)定值進(jìn)行同樣的比較，并且比較結(jié)果被輸出AND電路70。
當(dāng)在規(guī)定時刻的功率MOSFET 2的導(dǎo)通電阻的特性值變得等于或者大于基于導(dǎo)通 電阻的初始特性值確定的設(shè)定值的1. 1倍(第一設(shè)定值)時，例如，導(dǎo)通電阻檢測器20檢 測處于與第一設(shè)定值相對應(yīng)的水平的異常并且將表示異常的信號21輸出到AND電路19。 此外，當(dāng)規(guī)定時刻的導(dǎo)通電阻的特性值變得等于或者大于基于導(dǎo)通電阻的初始特性值確定 的設(shè)定值的1.5倍(第二設(shè)定值)時，例如，導(dǎo)通電阻檢測器20檢測與第二設(shè)定值相對應(yīng) 的水平的異常并且將表示異常的信號71輸出到AND電路70。
當(dāng)規(guī)定時刻的功率MOSFET 2的柵極泄漏的特性值變得等于或者大于是基于柵極 泄漏的初始特性值確定的設(shè)定值的1 μ A(第一設(shè)定值)時，例如，柵極泄漏檢測器30檢測 與第一設(shè)定值相對應(yīng)的水平的異常并且將表示異常的信號31輸出到AND電路19。此外，當(dāng) 規(guī)定時刻的柵極泄漏的特性值變得等于或者大于是基于柵極泄漏的初始特性值確定的設(shè) 定值的10μ A(第二設(shè)定值)時，例如，柵極泄漏檢測器30檢測與第二設(shè)定值相對應(yīng)的水平 的異常并且將表示異常的信號72輸出到AND電路70。
當(dāng)規(guī)定時刻的功率MOSFET 2的截止泄漏的特性值變得等于或者大于是基于截止 泄漏的初始特性值確定的設(shè)定值的1 μ A(第一設(shè)定值)時，例如，截止泄漏檢測器40檢測 與第一設(shè)定值相對應(yīng)的水平的異常并且將表示異常的信號41輸出到AND電路19。此外，當(dāng) 規(guī)定時刻的截止泄漏的特性值變得等于或者大于是基于截止泄漏的初始特性值確定的設(shè) 定值的10μ A(第二設(shè)定值)時，例如，截止泄漏檢測器40檢測與第二設(shè)定值相對應(yīng)的水平 的異常并且將表示異常的信號73輸出到AND電路70。
當(dāng)規(guī)定時刻的IPD 1的消耗電流的特性值變得等于或者大于基于消耗電流的初 始特性值確定的設(shè)定值的1. 1倍(第一設(shè)定值)時，例如，消耗電流檢測器50檢測與第一 設(shè)定值相對應(yīng)的水平的異常并且將表示異常的信號51輸出到AND電路19。此外，當(dāng)規(guī)定時 刻的消耗電流的特性值變得等于或者大于基于消耗電流的初始特性值確定的設(shè)定值的1. 5 倍(第二設(shè)定值)時，例如，消耗電流檢測器50檢測與第二設(shè)定值相對應(yīng)的水平的異常并 且將表示異常的信號74輸出到AND電路70。
具體地，當(dāng)滿足用于第一設(shè)定值的下述條件(1)至(4)中的至少一個時，從輸出端 子(警告)8輸出表示異常的L電平信號，并且當(dāng)用于第一設(shè)定值的下述條件(1)至(4)都 沒有被滿足時，從輸出端子(警告)8輸出表示正常的H電平信號。
(1)當(dāng)規(guī)定時刻的功率MOSFET 2的導(dǎo)通電阻的特性值變得等于或者大于基于導(dǎo) 通電阻的初始特性值確定的設(shè)定值的1.1倍時。
(2)當(dāng)規(guī)定時刻的功率MOSFET 2的柵極泄漏的特性值變得等于或者大于是設(shè)定 值的ΙμΑ時。
(3)當(dāng)規(guī)定時刻的功率MOSFET 2的截止泄漏的特性值變得等于或者大于是設(shè)定 值的ΙμΑ時。
(4)當(dāng)規(guī)定時刻的IPD 1的消耗電流的特性值變得等于或者大于基于消耗電流的 初始特性值確定的設(shè)定值的1.1倍時。
此外，當(dāng)滿足用于第二設(shè)定值的下述條件(5)至⑶中的至少一個時，AND電路70 將L電平信號輸出到AND電路11。然后由于AND電路11將L電平信號輸出到驅(qū)動器12， 因此IPD Ia的操作停止。另一方面，當(dāng)用于第二設(shè)定值的下述條件(5)至(8)都沒有被滿 足時，AND電路70將H電平信號輸出到AND電路11。然后，因為AND電路11將H電平信號 輸出到驅(qū)動器12，所以使得能夠進(jìn)行IPD Ia的操作。
(5)當(dāng)規(guī)定時刻的功率MOSFET 2的導(dǎo)通電阻的特性值變得等于或者大于基于導(dǎo) 通電阻的初始特性值確定的設(shè)定值的1. 5倍時。
(6)當(dāng)規(guī)定時刻的功率MOSFET 2的柵極泄漏的特性值變得等于或者大于是設(shè)定 值的10 μ A時。
(7)當(dāng)規(guī)定時刻的功率MOSFET 2的截止泄漏的特性值變得等于或者大于是設(shè)定 值的10 μ A時。
(8)當(dāng)規(guī)定時刻的IPD 1的消耗電流的特性值變得等于或者大于基于消耗電流的 初始特性值確定的設(shè)定值的1. 5倍時。
注意，當(dāng)導(dǎo)通電阻檢測器20、柵極泄漏檢測器30、截止泄漏檢測器40以及消耗電 流檢測器50檢測第一設(shè)定值和第二設(shè)定值時，使用在第一示例性實施例中描述的圖3至圖 6中所示的檢測器中每兩個，并且圖7中所示的電路(設(shè)定值存儲單元)用于它們中的每一 個。
在下文中參考圖10描述根據(jù)示例性實施例的從半導(dǎo)體裝置的制造到異常檢測的 流程。首先，制造是根據(jù)示例性實施例的半導(dǎo)體裝置的智能功率器件(IPD)(步驟Sll)。接 下來，測量IPD Ia的初始特性，并且記錄基于初始特性值確定的設(shè)定值(第一設(shè)定值和第 二設(shè)定值)(步驟S 12)。例如，當(dāng)記錄設(shè)定值時，上述電阻值Ral至Ra4的值被用作設(shè)定 值。然后，IPD Ia被安裝到諸如引擎控制單元(EOT)的系統(tǒng)(步驟S13)。然后，IPD Ia的 電源被接通(步驟S14)。當(dāng)IPDla被接通時，測量IPD Ia的性能(步驟S15)。具體地，在 IPD Ia中，導(dǎo)通電阻檢測器20、柵極泄漏檢測器30、截止泄漏檢測器40、以及消耗電流檢測 器50測量IPD Ia的特性值。
然后，在步驟S15中測量的IPD Ia的各特性值與初始值(基于初始特性值確定的 設(shè)定值)進(jìn)行比較(步驟S16)。然后基于第一設(shè)定值確定在步驟S15中測量的特性值中是 否存在問題(步驟S17)?；诘诙O(shè)定值進(jìn)一步確定在步驟S15中測量的特性值中是否存 在重大問題(步驟S18)。當(dāng)在步驟S15中測量的特性值超出是第二設(shè)定值的容許范圍時， 即當(dāng)存在重大問題時，IPD Ia指示控制器(微型計算機)執(zhí)行自診斷(步驟S22)并且切 斷IPD Ia的電源以停止IPD Ia的操作(步驟S23)。此外，當(dāng)在步驟S15中測量的特性值 處于第二設(shè)定值的容許范圍時，即當(dāng)不存在重大問題時，IPD Ia將警告輸出到IPD Ia的控 制器(步驟S21)。
在步驟S22和S23之后，從控制器輸出通知IPD Ia的檢查的必要性的消息(步 驟S24)。具體地，從是控制器的微型計算機10輸出推薦駕駛員、汽車經(jīng)銷商等等檢查的消21息。通過該消息，鼓勵進(jìn)行系統(tǒng)(汽車)的檢查，并且在汽車修理店等等中執(zhí)行調(diào)節(jié)或者修 理(步驟S25)。這避免IPD Ia的損壞并且使能系統(tǒng)的安全操作。另 一方面，當(dāng)在步驟S15中測量的特性值中不存在問題時，以及在步驟S21中警告 被輸出到控制器之后，IPD Ia進(jìn)行操作(步驟S19)。然后，當(dāng)從輸入端子7提供用于截止 IPD Ia的控制信號時，IPD Ia的電源被截止(步驟S20)，處理進(jìn)入步驟S14并且然后從步 驟S14開始重復(fù)操作。如上所述，在根據(jù)示例性實施例的IPD Ia中，能夠基于基于IPD Ia的特性值確定 的設(shè)定值和規(guī)定時刻的IPD Ia的特性值檢測導(dǎo)致IPD Ia的故障的特性退化，并且因此能 夠防止IPD Ia的故障發(fā)生。特別地，在根據(jù)示例性實施例的IPD Ia中，兩個值被用作基于IPDla的初始特性 值確定的設(shè)定值，并且當(dāng)滿足接近IPD Ia的損壞的設(shè)定值(第二設(shè)定值)時，IPD Ia的操 作停止，并且因此能夠防止由于IPDla的故障導(dǎo)致負(fù)載失控。本領(lǐng)域的技術(shù)人員能夠根據(jù)需要組合第一和第二示例性實施例。雖然已經(jīng)按照若干示例性實施例描述了本發(fā)明，但是本領(lǐng)域的技術(shù)人員將理解本 發(fā)明可以在所附的權(quán)利要求的精神和范圍內(nèi)以各種修改來實踐，并且本發(fā)明并不限于上述 的示例。此外，權(quán)利要求的范圍不受到上述的示例性實施例的限制。此外，應(yīng)當(dāng)注意的是，申請人意在涵蓋所有權(quán)利要求要素的等同形式，即使在后期 的審查過程中對權(quán)利要求進(jìn)行過修改亦是如此。
權(quán)利要求
1.一種半導(dǎo)體裝置，包括設(shè)定值存儲單元，所述設(shè)定值存儲單元存儲基于半導(dǎo)體裝置的初始特性值確定的設(shè)定 值；和檢測器，所述檢測器基于規(guī)定時刻的所述半導(dǎo)體裝置的特性值和存儲在所述設(shè)定值存 儲單元中的設(shè)定值來檢測所述半導(dǎo)體裝置的特性退化。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的半導(dǎo)體裝置，其中，所述檢測器是導(dǎo)通電阻檢測器，所述導(dǎo)通 電阻檢測器檢測被包括在所述半導(dǎo)體裝置中的半導(dǎo)體器件的導(dǎo)通電阻。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的半導(dǎo)體裝置，其中，所述導(dǎo)通電阻檢測器包括第一電阻器，所述第一電阻器具有在第一結(jié)點處與所述半導(dǎo)體器件的源極相連接的一 端和與第二結(jié)點相連接的另一端；第一可變電阻器，所述第一可變電阻器具有與所述半導(dǎo)體器件的漏極相連接的一端和 與第三結(jié)點相連接的另一端；第二電阻器，所述第二電阻器具有與所述第三結(jié)點相連接的一端和與所述第二結(jié)點相 連接的另一端；以及第一比較器，所述第一比較器接收所述第一結(jié)點的電壓值和所述第三結(jié)點的電壓值， 并且基于所述第一結(jié)點的電壓值和所述第三結(jié)點的電壓值之間的電勢差輸出信號。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的半導(dǎo)體裝置，其中，所述檢測器是柵極泄漏檢測器，所述柵極泄漏檢測器檢測被包括在所述半導(dǎo)體裝置中 的半導(dǎo)體器件的柵極泄漏。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的半導(dǎo)體裝置，其中，所述柵極泄漏檢測器包括第三電阻器，所述第三電阻器與所述半導(dǎo)體器件的柵極相連接；第一運算放大器，所述第一運算放大器接收所述第三電阻器的兩端之間的電勢差并且 基于所述電勢差輸出電壓信號；以及第二比較器，所述第二比較器接收基準(zhǔn)電壓和所述第一運算放大器的電壓信號，并且 基于所述第一運算放大器的電壓信號和所述基準(zhǔn)電壓之間的比較結(jié)果輸出信號。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的半導(dǎo)體裝置，其中，所述檢測器是消耗電流檢測器，所述消耗電流檢測器檢測所述半導(dǎo)體裝置的消耗電流。
7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的半導(dǎo)體裝置，其中所述消耗電流檢測器包括第四電阻器，所述第四電阻器與所述半導(dǎo)體裝置的內(nèi)部基準(zhǔn)線相連接；第二運算放大器，所述第二運算放大器接收所述第四電阻器的兩端之間的電勢差，并 且基于該電勢差輸出電壓信號；以及第三比較器，所述第三比較器接收基準(zhǔn)電壓和所述第二運算放大器的電壓信號，并且 基于所述第二運算放大器的電壓信號和所述基準(zhǔn)電壓之間的比較結(jié)果輸出信號。
8.根據(jù)權(quán)利要求5所述的半導(dǎo)體裝置，其中，通過使用包括第一恒壓源和劃分所述第一恒壓源的電壓的第五電阻器和第二可變電 阻器在內(nèi)的電路來設(shè)置所述基準(zhǔn)電壓。
9.根據(jù)權(quán)利要求1所述的半導(dǎo)體裝置，其中，所述檢測器是截止泄漏檢測器，所述截止泄漏檢測器檢測半導(dǎo)體器件的截止泄漏。
10.根據(jù)權(quán)利要求9所述的半導(dǎo)體裝置，其中所述截止泄漏檢測器包括 第六電阻器，所述第六電阻器與所述半導(dǎo)體器件的源極相連接；第三運算放大器，所述第三運算放大器接收所述第六電阻器的兩端之間的電勢差，并 且基于該電勢差輸出信號；第一晶體管，所述第一晶體管具有與所述第三運算放大器的輸出相連接的柵極和與所 述第四結(jié)點相連接的源極；以及第一電流鏡，所述第一電流鏡具有與所述第四結(jié)點相連接的第一電流路徑和與基準(zhǔn)電 流流經(jīng)的第五結(jié)點相連接的第二電流路徑。
11.根據(jù)權(quán)利要求10所述的半導(dǎo)體裝置，其中通過使用第二電流鏡設(shè)置所述基準(zhǔn)電 流，所述第二電流鏡具有與第二恒壓源和第三可變電阻器相連接的第三電流路徑和所述第 二電流路徑。
12.根據(jù)權(quán)利要求3所述的半導(dǎo)體裝置，其中， 所述第一可變電阻器包括多個電阻器，所述多個電阻器被串聯(lián)地連接；多個P型晶體管，所述多個P型晶體管分別對應(yīng)于所述多個電阻器，每個P型晶體管具 有與所述多個電阻器中的每一個電阻器的兩端相連接的源極和漏極；多個恒流源，所述恒流源與所述多個P型晶體管的柵極中的每一個柵極相連接；以及 多個微調(diào)電阻器，所述微調(diào)電阻器被放置在所述多個P型晶體管的柵極中的每一個柵 極和基準(zhǔn)電源之間，并且通過切斷所述微調(diào)晶體管來設(shè)置電阻值。
13.根據(jù)權(quán)利要求1所述的半導(dǎo)體裝置，其中，基于所述半導(dǎo)體裝置的初始特性值所確定的第一設(shè)定值和第二設(shè)定值被存儲在所述 設(shè)定值存儲單元中，所述檢測器基于規(guī)定時刻的所述半導(dǎo)體裝置的特性值和所述第一設(shè)定值來檢測所述 半導(dǎo)體裝置的特性退化，并且基于檢測結(jié)果輸出警告，并且所述檢測器基于規(guī)定時刻的所述半導(dǎo)體裝置的特性值和所述第二設(shè)定值來檢測所述 半導(dǎo)體裝置的特性退化，并且基于檢測結(jié)果停止所述半導(dǎo)體裝置的操作。
14.根據(jù)權(quán)利要求1所述的半導(dǎo)體裝置，其中所述規(guī)定時刻是所述半導(dǎo)體裝置的電源 被接通時的時刻、當(dāng)控制信號被提供給所述半導(dǎo)體裝置的輸入端子時的時刻、當(dāng)用于檢測 所述半導(dǎo)體裝置的特性退化的指令信號被從控制所述半導(dǎo)體裝置的控制器提供給所述半 導(dǎo)體裝置時的時刻、或者在所述半導(dǎo)體裝置的操作期間的規(guī)則的時間間隔處的時刻。
15.根據(jù)權(quán)利要求7所述的半導(dǎo)體裝置，其中，通過使用包括第一恒壓源和劃分所述第一恒壓源的電壓的第五電阻器和第二可變電 阻器在內(nèi)的電路來設(shè)置所述基準(zhǔn)電壓。
16.一種檢測半導(dǎo)體裝置的特性退化的方法，該方法包括 存儲基于所述半導(dǎo)體裝置的初始特性值所確定的設(shè)定值；和基于規(guī)定時刻的所述半導(dǎo)體裝置的特性值和被存儲的所述設(shè)定值來檢測所述半導(dǎo)體 裝置的特性退化。
17.根據(jù)權(quán)利要求16所述的檢測半導(dǎo)體裝置的特性退化的方法，其中，基于半導(dǎo)體器件的截止泄漏、柵極泄漏和導(dǎo)通電阻以及所述半導(dǎo)體裝置的消耗電流中 的至少一個來檢測所述半導(dǎo)體裝置的特性退化。
18.根據(jù)權(quán)利要求16所述的檢測半導(dǎo)體裝置的特性退化的方法，包括 存儲基于所述半導(dǎo)體裝置的初始特性值所確定的第一設(shè)定值和第二設(shè)定值； 基于規(guī)定時刻的所述半導(dǎo)體裝置的特性值和所述第一設(shè)定值來檢測所述半導(dǎo)體裝置的特性退化，并且基于檢測結(jié)果輸出警告，以及基于規(guī)定時刻的所述半導(dǎo)體裝置的特性值和所述第二設(shè)定值來檢測所述半導(dǎo)體裝置 的特性退化，并且基于檢測結(jié)果停止所述半導(dǎo)體裝置的操作。
19.根據(jù)權(quán)利要求17所述的檢測半導(dǎo)體裝置的特性退化的方法，包括 存儲基于所述半導(dǎo)體裝置的初始特性值所確定的第一設(shè)定值和第二設(shè)定值； 基于規(guī)定時刻的所述半導(dǎo)體裝置的特性值和所述第一設(shè)定值來檢測所述半導(dǎo)體裝置的特性退化，并且基于檢測結(jié)果輸出警告，以及基于規(guī)定時刻的所述半導(dǎo)體裝置的特性值和所述第二設(shè)定值來檢測所述半導(dǎo)體裝置 的特性退化，并且基于檢測結(jié)果停止所述半導(dǎo)體裝置的操作。
全文摘要
本發(fā)明涉及半導(dǎo)體裝置和檢測半導(dǎo)體裝置的特性退化的方法。半導(dǎo)體裝置(IPD)包括設(shè)定值存儲單元，該設(shè)定值存儲單元存儲基于半導(dǎo)體裝置的初始特性值確定的設(shè)定值；和檢測器，該檢測器基于規(guī)定時刻的半導(dǎo)體裝置的特性值和存儲在設(shè)定值存儲單元中的設(shè)定值來檢測半導(dǎo)體裝置的特性退化。此外，檢測半導(dǎo)體裝置(IPD)的特性退化的方法包括存儲基于半導(dǎo)體裝置的初始特性值確定的設(shè)定值；并且基于規(guī)定時刻的半導(dǎo)體裝置的特性值和存儲的設(shè)定值來檢測半導(dǎo)體裝置的特性退化。
文檔編號H03K19/007GK102035529SQ201010295658
公開日2011年4月27日 申請日期2010年9月21日 優(yōu)先權(quán)日2009年9月24日
發(fā)明者深海郁夫 申請人:瑞薩電子株式會社