JP5286809B2

JP5286809B2 - 半導体集積回路

Info

Publication number: JP5286809B2
Application number: JP2008025286A
Authority: JP
Inventors: 秀憲田中; 浩平柴田
Original assignee: Mitsumi Electric Co Ltd
Current assignee: Mitsumi Electric Co Ltd
Priority date: 2008-02-05
Filing date: 2008-02-05
Publication date: 2013-09-11
Anticipated expiration: 2028-02-05
Also published as: CN101504943A; KR20090086019A; TW200943663A; CN101504943B; JP2009189127A; KR101028784B1

Description

本発明は、半導体集積回路に関し、半導体チップが単体でパッケージに収納されるか、又は、半導体チップが周辺に接続される電子部品と共に基板に実装され絶縁材でモールドされる半導体集積回路に関する。

近年、二次電池としてリチウムイオン電池がデジタルカメラなど携帯機器に搭載されている。リチウムイオン電池は過充電及び過放電に弱いため、過充電及び過放電の保護回路を備えた電池パックの形態で使用される。

図４に、従来の保護回路を用いた電池パックの一例の回路構成図を示す。同図中、リチウムイオン電池１０の正極、負極それぞれは電池パックの外部端子Ｂ＋，Ｂ−に接続されている。端子Ｂ＋，Ｂ−間には抵抗Ｒ１とコンデンサＣ１の直列回路が接続されている。端子Ｂ＋は電池パックの外部端子Ｐ＋に接続され、端子Ｂ−は、電流遮断用のｎチャネルＭＯＳ（金属酸化膜半導体）ＦＥＴ（電界効果トランジスタ）であるトランジスタＭ１，Ｍ２を介して電池パックの外部端子Ｐ−に接続されている。

また、端子Ｐ−，Ｐ−間にはコンデンサＣ２が接続され、端子Ｂ−，Ｐ−間にはコンデンサＣ３が接続されている。端子Ｐ＋，Ｐ−間には負荷又は充電器が接続される。

トランジスタＭ１，Ｍ２はドレインを共通接続され、トランジスタＭ１のソースは端子Ｂ−を介してリチウムイオン電池１０の負極に接続され、トランジスタＭ２のソースは端子Ｐ−に接続されている。トランジスタＭ１，Ｍ２それぞれのゲートは保護回路１１の端子１１ｄ，１１ｅに接続されている。

保護回路１１は、単体でパッケージに収納された半導体集積回路であり、過充電検出回路、過放電検出回路、過電流検出回路を内蔵している。また、保護回路１１はリチウムイオン電池１０の正極から抵抗Ｒ１を通して端子１１ａに電源ＶＤＤを供給されると共に、リチウムイオン電池１０の負極から端子１１ｂに電源ＶＳＳを供給されて動作し、過電流検出用の端子１１ｃは抵抗Ｒ２を介して端子Ｐ−に接続されている。

なお、抵抗Ｒ２は端子Ｐ＋，Ｐ−間に、充電器が極性を逆にして誤接続された場合、又は、保護回路１１の定格電圧を超える電圧の充電器が接続された場合の電流制限を行うために設けられている。

保護回路１１は、通常の充電時又は放電時に端子１１ｄ，１１ｅを共にハイレベルとしてトランジスタＭ１，Ｍ２を導通する。また、過放電検出回路或いは過電流検出回路で過放電或いは過電流を検出したとき端子１１ｄの出力をローレベルとしてトランジスタＭ１を遮断し、過充電検出回路で過充電を検出したとき１１ｅの出力をローレベルとしてトランジスタＭ２を遮断する。

なお、特許文献１には、充放電時の電流経路を遮断するスイッチング素子に熱結合されたＰＴＣサーミスタを持つ電池パックが記載されている。
特開２００６−３２０１５号公報

このように、従来の保護回路１１は、抵抗Ｒ２を外付けにしているため、電子部品の点数が多くなり、装置全体の製造コストが高くなり、また、実装面積が大きくなるという問題があった。

本発明は、上記の点に鑑みなされたもので、電子部品の点数を減少することができ、装置全体の製造コスト及び実装面積を低減できる半導体集積回路を提供することを目的とする。

本発明の一実施態様では、半導体チップが単体でパッケージに収納されるパッケージ型か、又は、半導体チップが周辺に接続される電子部品と共に基板に実装され絶縁材でモールドされるチップオンボード型の半導体集積回路であって、
前記半導体チップの外部端子に一端を接続され他端に静電保護用のダイオード（Ｄ１）が接続されて前記半導体チップ内に設けられた電流制限用の抵抗（Ｒ１０）と、
前記電流制限用の抵抗（Ｒ１０）の両端間に並列に接続されて前記半導体チップ内に設けられたヒューズ（ＦＳ）とを有し、
当該半導体集積回路が前記パッケージ型か前記チップオンボード型かに応じて前記ヒューズの切断の有無が決定される。

好ましくは、前記半導体チップが単体でパッケージに収納されるパッケージ型の場合、前記ヒューズ（ＦＳ）は切断せず、前記外部端子に電流制限用の外付け抵抗（Ｒ２）を接続する。

好ましくは、前記半導体チップが周辺に接続される電子部品と共に基板に実装され絶縁材でモールドされるチップオンボード型の場合、前記ヒューズ（ＦＳ）を切断して、前記外部端子に電流制限用の外付け抵抗を接続しない。

なお、上記括弧内の参照符号は、理解を容易にするために付したものであり、一例にすぎず、図示の態様に限定されるものではない。

本発明によれば、電子部品の点数を減少することができ、装置全体の製造コスト及び実装面積を低減できる。

以下、図面に基づいて本発明の実施形態について説明する。

<パッケージ型>
図１は、本発明の半導体集積回路を用いた電池パックの一実施形態の回路構成図を示す。同図中、図４と同一部分には同一符号を付す。

図１において、リチウムイオン電池２０の正極、負極それぞれは電池パックの外部端子Ｂ＋，Ｂ−に接続されている。端子Ｂ＋，Ｂ−間には抵抗Ｒ１とコンデンサＣ１の直列回路が接続されている。端子Ｂ＋は電池パックの外部端子Ｐ＋に接続され、端子Ｂ−は、電流遮断用のｎチャネルＭＯＳＦＥＴであるトランジスタＭ１，Ｍ２を介して電池パックの外部端子Ｐ−に接続されている。トランジスタＭ１，Ｍ２それぞれのゲートは保護回路２１Ａの端子２１ｄ，２１ｅに接続されている。

トランジスタＭ１，Ｍ２はドレインを共通接続され、トランジスタＭ１のソースは端子Ｂ−を介してリチウムイオン電池２０の負極に接続され、トランジスタＭ２のソースは端子Ｐ−に接続されている。

保護回路２１Ａは、半導体チップ単体でパッケージに収納された半導体集積回路であり、過充電検出回路、過放電検出回路、過電流検出回路を内蔵すると共に、抵抗Ｒ１０、ヒューズＦＳ及びダイオードＤ１が設けられている。

保護回路２１Ａの過電流検出用の端子２１ｃには電流制限用の抵抗Ｒ１０の一端が接続され、抵抗Ｒ１０の他端が上記過電流検出回路に接続されている。また、抵抗Ｒ１０と並列にヒューズＦＳが接続され、抵抗Ｒ１０の過電流検出回路に接続された他端には静電保護用のダイオードＤ１のカソードが接続され、ダイオードＤ１のアノードは接地されている。ヒューズＦＳが切断されていないときは、抵抗Ｒ１０の両端間はヒューズＦＳにより短絡されている。

なお、従来、静電保護用のダイオードＤ１は端子２１ｃにカソードを接続されていたのであるが、電流制限用の抵抗Ｒ１０を保護回路２１Ａに内蔵したために、抵抗Ｒ１０の端子２１ｃに接続された一端とは逆に抵抗Ｒ１０の他端にカソードを接続されており、ヒューズＦＳが切断されていないときは、ダイオードＤ１のカソードはヒューズＦＳを介して端子２１ｃに接続されることになる。

また、保護回路２１Ａはリチウムイオン電池２０の正極から抵抗Ｒ１を通して端子２１ａに電源ＶＤＤを供給されると共に、リチウムイオン電池２０の負極から端子２１ｂに電源ＶＳＳを供給されて動作し、過電流検出用の端子２１ｃは電流制限用の外付け抵抗Ｒ２（Ｒ２＝Ｒ１０）を介して端子Ｐ−に接続されている。

なお、抵抗Ｒ２は端子Ｐ＋，Ｐ−間に、充電器が極性を逆にして誤接続された場合、又は、保護回路２１Ａの定格電圧を超える電圧の充電器が接続された場合の電流制限用であり、保護回路２１Ａに内蔵された抵抗Ｒ１０がヒューズＦＳにより短絡されているために設けられている。

保護回路２１Ａは、通常の充電時又は放電時に端子２１ｄ，２１ｅを共にハイレベルとしてトランジスタＭ１，Ｍ２を導通する。また、過放電検出回路或いは過電流検出回路で過放電或いは過電流を検出したとき端子２１ｄの出力をローレベルとしてトランジスタＭ１を遮断し、過充電検出回路で過充電を検出したとき２１ｅの出力をローレベルとしてトランジスタＭ２を遮断する。

<ＣＯＢ型>
図２は、本発明の半導体集積回路を用いた電池パックの一実施形態の変形例の回路構成図を示す。同図中、図１と同一部分には同一符号を付す。

図２において、リチウムイオン電池２０の正極、負極それぞれは電池パックの外部端子Ｂ＋，Ｂ−に接続されている。端子Ｂ＋，Ｂ−間には抵抗Ｒ１とコンデンサＣ１の直列回路が接続されている。端子Ｂ＋は電池パックの外部端子Ｐ＋に接続され、端子Ｂ−は、電流遮断用のｎチャネルＭＯＳＦＥＴであるトランジスタＭ１，Ｍ２を介して電池パックの外部端子Ｐ−に接続されている。

トランジスタＭ１，Ｍ２はドレインを共通接続され、トランジスタＭ１のソースは端子Ｂ−を介してリチウムイオン電池２０の負極に接続され、トランジスタＭ２のソースは端子Ｐ−に接続されている。トランジスタＭ１，Ｍ２それぞれのゲートは保護回路２１Ｂの端子２１ｄ，２１ｅに接続されている。

保護回路２１Ｂは、半導体チップであり、過充電検出回路、過放電検出回路、過電流検出回路を内蔵すると共に、抵抗Ｒ１０、ヒューズＦＳ及びダイオードＤ１が設けられている。保護回路２１Ｂはパッケージに収納されていないだけで、保護回路２１Ａと同一構成である。

保護回路２１Ｂの過電流検出用の端子２１ｃには電流制限用の抵抗Ｒ１０の一端が接続され、抵抗Ｒ１０の他端が上記過電流検出回路に接続されている。また、抵抗Ｒ１０と並列に接続されたヒューズＦＳは切断され、抵抗Ｒ１０の過電流検出回路に接続された他端には静電保護用のダイオードＤ１のカソードが接続され、ダイオードＤ１のアノードは接地されている。

また、保護回路２１Ｂはリチウムイオン電池２０の正極から抵抗Ｒ１を通して端子２１ａに電源ＶＤＤを供給されると共に、リチウムイオン電池２０の負極から端子２１ｂに電源ＶＳＳを供給されて動作し、過電流検出用の端子２１ｃは直接端子Ｐ−に接続されている。

保護回路２１Ｂの半導体チップはパッケージしない裸の状態で、周辺に接続される電子部品である抵抗Ｒ１，コンデンサＣ１，Ｃ２，Ｃ３，トランジスタＭ１，Ｍ２と共に基板に実装され、絶縁材でモールドされて、ＣＯＢ（ＣｈｉｐＯｎＢｏａｒｄ）型の回路とされている。

ヒューズＦＳが切断されると、静電保護用のダイオードＤ１は端子２１ｃから切り離されるためにダイオードＤ１による端子２１ｃの静電保護は行われないが、保護回路２１Ｂの半導体集積回路チップを抵抗Ｒ１，コンデンサＣ１，Ｃ２，Ｃ３，トランジスタＭ１，Ｍ２と共に基板に実装してモールドしたＣＯＢ型の回路では、端子２１ｃが外部から見えないため端子２１ｃに静電気が入来することがほとんどなく、また、端子２１ｃはトランジスタＭ２によって静電気から保護される。

保護回路２１Ｂは、通常の充電時又は放電時に端子２１ｄ，２１ｅを共にハイレベルとしてトランジスタＭ１，Ｍ２を導通する。また、過放電検出回路或いは過電流検出回路で過放電或いは過電流を検出したとき端子２１ｄの出力をローレベルとしてトランジスタＭ１を遮断し、過充電検出回路で過充電を検出したとき２１ｅの出力をローレベルとしてトランジスタＭ２を遮断する。

このように、半導体集積回路をＣＯＢ型とする場合には、ヒューズＦＳを切断することで、電流制限用の外付け抵抗Ｒ２を削除することができ、電子部品の点数を減少することで装置全体の製造コスト及び実装面積を低減できる。

<充電保護回路>
図３は、本発明の半導体集積回路を用いた充電保護回路の一実施形態の回路構成図を示す。同図中、充電される側のリチウムイオン電池３１，３２，３３，３４は直列接続され、リチウムイオン電池３１の正極はｐチャネルＭＯＳＦＥＴであるトランジスタＭ１１，Ｍ１２を介して充電保護回路３５の外部端子Ｐ＋に接続され、リチウムイオン電池３４の負極は充電保護回路の外部端子Ｐ−に接続されている。

また、リチウムイオン電池３１の正極は充電保護回路３５の端子３５ａに接続され、リチウムイオン電池３２の正極は抵抗Ｒ１１を介して充電保護回路３５の端子３５ｂに接続され、リチウムイオン電池３３の正極は抵抗Ｒ１２を介して充電保護回路３５の端子３５ｃに接続され、リチウムイオン電池３４の正極は抵抗Ｒ１３を介して充電保護回路３５の端子３５ｄに接続されている。端子３５ａ，３５ｂ間にはコンデンサＣ１１が接続され、端子３５ｂ，３５ｃ間にはコンデンサＣ１２が接続され、端子３５ｃ，３５ｄ間にはコンデンサＣ１３が接続され、端子３５ｄ，外部端子Ｐ−間にはコンデンサＣ１４が接続されている。

トランジスタＭ１１，Ｍ１２はドレインを共通接続され、トランジスタＭ１１のソースはリチウムイオン電池３１の正極に接続され、トランジスタＭ１２のソースは端子Ｐ＋に接続されている。トランジスタＭ１１，Ｍ１２それぞれのゲートは充電保護回路３５の端子３５ｅ，３５ｆに接続されている。

充電保護回路３５は、半導体チップであり、過充電検出回路、過放電検出回路、過電流検出回路を内蔵すると共に、抵抗Ｒ２０、ヒューズＦ１１及びダイオードＤ１１が設けられている。

充電保護回路３５の過電流検出用の端子３５ｇには電流制限用の抵抗Ｒ２０の一端が接続され、抵抗Ｒ２０の他端が上記過電流検出回路に接続されている。また、抵抗Ｒ２０と並列に接続されたヒューズＦ１１は切断され、抵抗Ｒ２０の過電流検出回路に接続された他端には静電保護用のダイオードＤ１１のカソードが接続され、ダイオードＤ１１のアノードは接地されている。なお、端子３５ｇは充電保護回路の外部端子Ｐ−に接続されている。

また、充電保護回路３５の端子３５ｈは充電保護回路の外部端子ＣＴＬに接続され、端子３５ｉは充電保護回路の外部端子ＶＲＥＧに接続され、端子３５ｊは抵抗Ｒ１５を介して充電保護回路の外部端子Ｐ−に接続され、端子３５ｉ，３５ｊ間にはコンデンサＣ１６が接続され、端子ＶＲＥＧ，Ｐ−間にはコンデンサＣ１６が接続されている。

充電保護回路３５の半導体集積回路チップはパッケージしない裸の状態で、周辺に接続される電子部品である抵抗Ｒ１１〜Ｒ１５，コンデンサＣ１１〜Ｃ１７，トランジスタＭ１１，Ｍ１２と共に基板に実装され、絶縁材でモールドされて、ＣＯＢ（ＣｈｉｐＯｎＢｏａｒｄ）型の回路とされている。

これに対し、充電保護回路３５が半導体チップ単体でパッケージに収納された半導体集積回路の場合には、ヒューズＦ１１は切断されず、端子３５ｇ，Ｐ＋間に破線で示すように抵抗Ｒ２１（Ｒ２１＝Ｒ２０）が接続される。

この実施形態においても、半導体集積回路をＣＯＢ型とする場合には、ヒューズＦＳを切断することで、電流制限用の外付け抵抗Ｒ２１を削除することができ、電子部品の点数を減少することで装置全体の製造コスト及び実装面積を低減できる。

本発明の半導体集積回路を用いた電池パックの第一実施形態の回路構成図である。本発明の半導体集積回路を用いた電池パックの第一実施形態の変形例の回路構成図である。本発明の半導体集積回路を用いた充電保護回路の一実施形態の回路構成図である。従来の保護回路を用いた電池パックの一例の回路構成図である。

符号の説明

２０，３１〜３４リチウムイオン電池
２１Ａ，２１Ｂ保護回路
３５充電保護回路
Ｃ１〜Ｃ１７コンデンサ
Ｒ１〜Ｒ２１抵抗
Ｍ１〜Ｍ１２トランジスタ

Claims

半導体チップが単体でパッケージに収納されるパッケージ型か、又は、半導体チップが周辺に接続される電子部品と共に基板に実装され絶縁材でモールドされるチップオンボード型の半導体集積回路であって、
前記半導体チップの外部端子に一端を接続され他端に静電保護用のダイオードが接続されて前記半導体チップ内に設けられた電流制限用の抵抗と、
前記電流制限用の抵抗の両端間に並列に接続されて前記半導体チップ内に設けられたヒューズとを有し、
当該半導体集積回路が前記パッケージ型か前記チップオンボード型かに応じて前記ヒューズの切断の有無が決定されることを特徴とする半導体集積回路。
請求項１記載の半導体集積回路において、
前記半導体チップが単体でパッケージに収納されるパッケージ型の場合、前記ヒューズは切断せず、前記外部端子に電流制限用の外付け抵抗を接続することを特徴とする半導体集積回路。
請求項１記載の半導体集積回路において、
前記半導体チップが周辺に接続される電子部品と共に基板に実装され絶縁材でモールドされるチップオンボード型の場合、前記ヒューズを切断して、前記外部端子に電流制限用の外付け抵抗を接続しないことを特徴とする半導体集積回路。