JPH04321773A - 自動車用パワー集積回路 - Google Patents

自動車用パワー集積回路

Info

Publication number
JPH04321773A
JPH04321773A JP3087119A JP8711991A JPH04321773A JP H04321773 A JPH04321773 A JP H04321773A JP 3087119 A JP3087119 A JP 3087119A JP 8711991 A JP8711991 A JP 8711991A JP H04321773 A JPH04321773 A JP H04321773A
Authority
JP
Japan
Prior art keywords
terminal
region
diode
battery
side switch
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Granted
Application number
JP3087119A
Other languages
English (en)
Other versions
JP2870558B2 (ja
Inventor
Kazuhiko Yoshida
和彦 吉田
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Fuji Electric Co Ltd
Original Assignee
Fuji Electric Co Ltd
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Fuji Electric Co Ltd filed Critical Fuji Electric Co Ltd
Priority to JP3087119A priority Critical patent/JP2870558B2/ja
Publication of JPH04321773A publication Critical patent/JPH04321773A/ja
Application granted granted Critical
Publication of JP2870558B2 publication Critical patent/JP2870558B2/ja
Anticipated expiration legal-status Critical
Expired - Lifetime legal-status Critical Current

Links

Landscapes

  • Ignition Installations For Internal Combustion Engines (AREA)
  • Metal-Oxide And Bipolar Metal-Oxide Semiconductor Integrated Circuits (AREA)
  • Electronic Switches (AREA)

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は、自動車の誘電性負荷等
に対するスイッチングのためのパワー半導体スイッチン
グ素子とその制御回路, 駆動回路等を一つの半導体基
板中および上に構成した自動車用パワー集積回路に関す
る。
【0002】
【従来の技術】自動車に搭載されている各種電気装置は
バッテリを電源としている。そしてバッテリと負荷であ
る電気装置の間に半導体スイッチング素子が接続される
。図2は、半導体スイッチング素子と同一半導体基板中
および上に制御回路, 駆動回路等を集積したインテリ
ジェントパワー半導体スイッチを用いた例を示し、バッ
テリ20の正端子と一方の端子が接地される負荷3との
間にインテリジェントパワー半導体ハイサイドスイッチ
21が接続される場合と一方の端子がバッテリ20の正
端子に接続される負荷3の他方の端子にインテリジェン
トパワー半導体ローサイドスイッチ22が接続される場
合とがある。
【0003】図3はインテリジェントパワー半導体ハイ
サイドスイッチを示し、スイッチング素子としてのパワ
ーMOSFET1のゲートに抵抗Rg を介して接続さ
れる駆動回路, 制御回路等の付属回路11, MOS
FET12, ツエナダイオード13などを同一半導体
基板に備えている。そして、特にパワーMOSFETの
ソースに接続される出力端子 (OUT) に誘導性の
負荷を接続してスイッチングを行った場合にターンオフ
時にOUT端子が大きな負の電位になった際、その電位
が接続点14の電位に対してツエナダイオード13のツ
エナ電圧を越えて負に深くなると、接続点14からMO
SFET12を経て電流が流れ、Rg を介してパワー
MOSFET1にゲート電圧を印加することにより、パ
ワーMOSFET1自身が出力オンしてターンオフ時の
エネルギーを吸収する。図4は、インテリジェントパワ
ー半導体ローサイドスイッチを示し、パワーMOSFE
T1のドレイン端子が出力端子 (OUT) となり、
MOSFET12等も含む付属回路15をMOSFET
と同一半導体基板に備え、MOSFET1のゲートと抵
抗Rg を介して接続されている。
【0004】
【発明が解決しようとする課題】バッテリが誤って逆接
続されたときには、図3のハイサイドスイッチでは、接
地端子 (GND) から電流I1 が付属回路11に
流入し、図4のローサイドスイッチには付属回路15か
らバッテリに向けて電流I2 が流出することにより、
付属回路11あるいは15が破壊してしまう。これを防
止するために、図5に示すようにハイサイドスイッチ2
1にはGND端子に直列に電流流入制限用ダイオード4
1を、ローサイドスイッチ22には電源端子 (Vcc
) に直列に電流流出制限用ダイオード42を接続する
必要がある。従来このようなダイオードは外付けで接続
していたが、そのような外部接続を省略できることが望
ましい。しかし、図6に示すように自己分離技術を用い
てパワーMOSFETとダイオードを同一基板中に作成
した場合にも問題がある。図の右側はパワーMOSFE
Tの部分で、n+ シリコン基板51に積層されたn−
 シリコン層52の表面層内にp+ 領域53が選択的
に形成されp+ 領域53の表面層内にさらにn+ ソ
ース領域54が選択的に形成されている。p+領域53
のn− 層52とn+ 領域54にはさまれた部分がチ
ャネル部で、その上にゲート酸化膜となるシリコン酸化
膜55を介して低抵抗のn+ 多結晶Siからなりゲー
ト端子Gに接続されたゲート電極56が備えられており
、ゲート電極56とPSG膜57により絶縁され、ソー
ス端子Sに接続されたAl−Si合金よりなるソース電
極58はp+ 領域53およびn+ 領域54に共通に
接触している。一方、n+ 層51にはドレイン電極5
9が接触している。図の左側はパワーMOSFETと分
離された集積ダイオードで、n− 層52の表面層内に
選択的に形成されたp+ アノード領域61とその表面
層内に選択的に形成されたn+ カソード領域62より
なり、アノード領域61にはアノード端子Aに接続され
たアノード電極63が、またカソード領域62にはカソ
ード端子Kに接続されたカソード電極64が接触してい
る。
【0005】図6のような半導体素体中には、n− 層
52, p+ 領域61, n+ 領域62よりなるn
pnトランジスタ構造が生ずるため、この寄生トランジ
スタがオンすることにより大きな電流が流れて破壊に至
りやすい。それ故、寄生トランジスタの電流増幅率の増
大を招くダイオードの逆耐電圧を高くすることは望めな
いという欠点があった。
【0006】本発明の目的は、バッテリ逆接続時の付属
回路の破壊を防ぐための直列接続ダイオードの逆耐電圧
を自由に選ぶことのできるパワー集積回路を提供するこ
とにある。
【0007】
【課題を解決するための手段】上記の目的を達成するた
めに、本発明の自動車用パワー集積回路は、一つの半導
体素体に形成されたMOS型スイッチング素子およびそ
の付属回路と、その半導体素体の表面上に絶縁膜を介し
て設けられた半導体層にP領域およびN領域を隣接して
形成してなり、P領域が前記付属回路と接続されたダイ
オードと、前記スイッチング素子の一つの主電極に接続
された出力端子と、他の主電極に接続された電源端子と
、ダイオードのN領域に接続された接地端子を備えたも
のとする。そして、出力端子に一方が接地される負荷を
、電源端子にバッテリの正端子をそれぞれ接続し、接地
端子を接地して用いる。さらに電源端子とダイオードの
P領域との間に定電流源が接続されたことも有効である
。また、本発明の別の自動車用パワー集積回路は、一つ
の半導体素体に形成されたMOS型スイッチング素子お
よびその付属回路と、その半導体素体の表面上に絶縁膜
を介して設けられた半導体層にP領域およびN領域を隣
接して形成してなり、N領域が前記付属回路と接続され
たダイオードと、前記スイッチング素子の一つの主電極
に接続された出力端子と、ダイオードのP領域に接続さ
れた電源端子と、付属回路に接続された接地端子とを備
えたものとする。そして、出力端子とバッテリの正端子
の間に負荷を、電源端子にバッテリの正端子をそれぞれ
接続し、接地端子を接地して用いる。
【0008】
【作用】MOS型スイッチング素子とその付属回路を形
成した半導体素体の表面上に絶縁して設けたダイオード
を、ハイサイドスイッチでは付属回路と接地端子との間
に、ローサイドスイッチでは付属回路と電源端子の間に
挿入することにより、バッテリが逆接続されたときに付
属回路に流入したり、付属回路からバッテリに流出する
電流を阻止するため、付属回路の破壊が防止される。そ
して、このダイオードが半導体素体外にあるため寄生効
果が生ずることがない。また、付属回路の接地側端子と
接地端子の間にダイオードを接続した場合にその付属回
路の接地側端子が地電位に対して負になることによる誤
動作は、ダイオードに向けて電流を流す定電流源を備え
ることにより防止できる。
【0009】
【実施例】図1は本発明の一実施例の自動車用パワー集
積回路を示し、図3に示したインテリジェントパワー半
導体ハイサイドスイッチにGND端子側にダイオード4
を挿入したもので、このダイオード4は、図6と共通の
部分に同一の符号を付した図7に示すように、図6と同
様パワーMOSFETを形成したn+ 層51, n−
 層52よりなる半導体基板の表面のシリコン酸化膜5
5の上に堆積した多結晶シリコン層2のp+ 領域71
とn+ 領域72とよりなる。すなわち、p+ 多結晶
シリコン層を堆積したのち、その一部に不純物を拡散し
てn+ 領域72を形成し、PSG膜57に開けたコン
タクトホールでp+ 領域71にアノード電極63を、
n+ 領域72にカソード電極64を接触させる。この
ダイオードは、バッテリの電圧12Vより高い16〜2
0Vの逆耐圧をもつようにする。1個のダイオードでそ
のような耐圧が得られないときには、酸化膜55の上に
複数個のダイオードを形成し、直列接続する。これによ
りバッテリ逆接続時に図3に示したようなGND端子か
ら付属回路11へ流入する電流I1 を阻止することが
できる。
【0010】図1に示したパワーICにおいては図8に
示すような問題点がある。図8は、図1に示したICの
OUT端子に誘導負荷8を接続した場合で、多結晶シリ
コンダイオード4を接続したことにより、ターンオフ時
にOUT端子電位がクランプ用ツエナダイオード13の
ツエナ電位を越える負電位になってツエナダイオード1
3からMOSFETに流れる電流I4 が付属回路11
から流れ出る電流I3 に比して大きくなった場合にダ
イオード4を流れる電流I5 が負になり、接続点14
の電位が地電位を下まわる状態が生じる。これにより付
属回路11の駆動回路, 制御回路が誤動作を起こす可
能性が生じる。従っていかなる動作状態においても電流
I4が電流I3 を越えてはならないという制約が課せ
られる。
【0011】図9はこれに対する対策を考慮した実施例
で、電源端子 (Vcc) と接続点14の間に定電流
源16を接続し、I4 <I3 +I6 となるような
電流I6 を常に流すことにより、I5 >0は維持さ
れ、接続点14が負の電位になることはなく、誤動作が
防げる。
【0012】図10はインテリジェントパワー半導体ロ
ーサイドスイッチを含むパワー集積回路における実施例
で、ローサイドスイッチの電源端子側に図7に示した多
結晶シリコンダイオード4を挿入したものである。これ
により、バッテリ逆接続時に図4に示したような付属回
路15からVcc端子に流出する電流I2 を阻止する
ことができる。
【0013】
【発明の効果】本発明によれば、バッテリ逆接続時にハ
イサイドスイッチの場合付属回路に流入する電流、ロー
サイドスイッチの場合付属回路から流出する電流を阻止
する保護用ダイオードを半導体基板内でなく基板表面上
に絶縁膜を介して形成することにより、寄生トランジス
タの駆動による破壊のおそれがなく、またダイオードの
外付けの必要もないので、半導体スイッチを含む自動車
用パワー集積回路の信頼性と付加価値を向上させること
ができた。そして、保護用ダイオードの接続が誤動作を
招くおそれのあるハイサイドスイッチの場合も、定電流
源を配置し、適正な電流を付加することにより、誤動作
を回避することができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の一実施例のハイサイドスイッチを含む
自動車用パワー集積回路の回路図
【図2】インテリジェントパワー半導体ハイサイドおよ
びローサイドスイッチへのバッテリ正接続時の回路図

図3】インテリジェントパワー半導体ハイサイドスイッ
チの回路図
【図4】インテリジェントパワー半導体ローサイドスイ
ッチの回路図
【図5】インテリジェントパワー半導体スイッチへのバ
ッテリ逆接続時に対する保護機能を備えた場合の回路図
【図6】パワーMOSFETの半導体基板にダイオード
を集積した場合の断面図
【図7】本発明による多結晶シリコンダイオードを備え
たパワーMOSFET半導体基板の断面図
【図8】図1
に示す集積回路における誤動作を説明する回路図
【図9】図8に示した誤動作に対する対策を施した本発
明の実施例の自動車用パワー集積回路の回路図
【図10
】本発明の別の実施例のローサイドスイッチを含む自動
車用パワー集積回路の回路図
【符号の説明】
1    パワーMOSFET 2    多結晶シリコン層 3    負荷 4    ダイオード 11    付属回路 15    付属回路 16    定電流源 20    バッテリ 51    n+ シリコン基板 52    n− シリコン層 58    ソース電極 59    ドレイン電極 63    アノード電極 64    カソード電極 71    p+ 領域 72    n+ 領域

Claims (5)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】一つの半導体素体に形成されたMOS型ス
    イッチング素子およびその付属回路と、その半導体素体
    の表面上に絶縁膜を介して設けられた半導体層にP領域
    およびN領域を隣接して形成してなり、P領域が前記付
    属回路と接続されたダイオードと、前記スイッチング素
    子の一つの主電極に接続された出力端子と、他の主電極
    に接続された電源端子と、ダイオードのN領域に接続さ
    れた接地端子を備えたことを特徴とする自動車用パワー
    集積回路。
  2. 【請求項2】出力端子に一方が接地される負荷を、電源
    端子にバッテリの正端子をそれぞれ接続し、接地端子を
    接地して用いる請求項1記載の自動車用パワー集積回路
  3. 【請求項3】電源端子とダイオードのP領域との間に定
    電流源が接続された請求項1あるいは2記載の自動車用
    パワー集積回路。
  4. 【請求項4】一つの半導体素体に形成されたMOS型ス
    イッチング素子およびその付属回路と、その半導体素体
    の表面上に絶縁膜を介して設けられた半導体層にP領域
    およびN領域を隣接して形成してなり、N領域が前記付
    属回路と接続されたダイオードと、前記スイッチング素
    子の一つの主電極に接続された出力端子と、ダイオード
    のP領域に接続された電源端子と、付属回路に接続され
    た接地端子を備えたことを特徴とする自動車用パワー集
    積回路。
  5. 【請求項5】出力端子とバッテリの正端子の間に負荷を
    、電源端子にバッテリの正端子をそれぞれ接続し、接地
    端子を接地して用いる請求項4記載の自動車用パワー集
    積回路。
JP3087119A 1991-04-19 1991-04-19 自動車用パワー集積回路 Expired - Lifetime JP2870558B2 (ja)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP3087119A JP2870558B2 (ja) 1991-04-19 1991-04-19 自動車用パワー集積回路

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP3087119A JP2870558B2 (ja) 1991-04-19 1991-04-19 自動車用パワー集積回路

Publications (2)

Publication Number Publication Date
JPH04321773A true JPH04321773A (ja) 1992-11-11
JP2870558B2 JP2870558B2 (ja) 1999-03-17

Family

ID=13906070

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
JP3087119A Expired - Lifetime JP2870558B2 (ja) 1991-04-19 1991-04-19 自動車用パワー集積回路

Country Status (1)

Country Link
JP (1) JP2870558B2 (ja)

Cited By (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US5821601A (en) * 1996-09-05 1998-10-13 Mitsubishi Denki Kabushiki Kaisha Bipolar semiconductor integrated circuit with a protection circuit
JP2007019812A (ja) * 2005-07-07 2007-01-25 Yazaki Corp 電源の逆接続保護機能を備えた負荷駆動装置
WO2010035667A1 (ja) * 2008-09-29 2010-04-01 サンケン電気株式会社 電気回路のスイッチング装置

Families Citing this family (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP3633522B2 (ja) 2001-07-27 2005-03-30 株式会社デンソー 負荷駆動回路

Cited By (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US5821601A (en) * 1996-09-05 1998-10-13 Mitsubishi Denki Kabushiki Kaisha Bipolar semiconductor integrated circuit with a protection circuit
JP2007019812A (ja) * 2005-07-07 2007-01-25 Yazaki Corp 電源の逆接続保護機能を備えた負荷駆動装置
WO2010035667A1 (ja) * 2008-09-29 2010-04-01 サンケン電気株式会社 電気回路のスイッチング装置
JP2010081536A (ja) * 2008-09-29 2010-04-08 Sanken Electric Co Ltd 電気回路のスイッチング装置
US8415989B2 (en) 2008-09-29 2013-04-09 Sanken Electric Co., Ltd. Switching device for electric circuit

Also Published As

Publication number Publication date
JP2870558B2 (ja) 1999-03-17

Similar Documents

Publication Publication Date Title
JP2638462B2 (ja) 半導体装置
US5545909A (en) Electrostatic discharge protection device for integrated circuit
US5173755A (en) Capacitively induced electrostatic discharge protection circuit
US6861711B2 (en) Thick gate oxide transistor and electrostatic discharge protection utilizing thick gate oxide transistors
US5221850A (en) Conductivity-modulating mosfet
US5115369A (en) Avalanche stress protected semiconductor device having variable input impedance
JPH02266712A (ja) 半導体装置
JP3164065B2 (ja) 半導体装置
EP3987661B1 (en) Device design for short circuit protection of transistors
EP0523800B1 (en) An overvoltage protected semiconductor switch
EP1137068B1 (en) Power semiconductor device having a protection circuit
US5005061A (en) Avalanche stress protected semiconductor device having variable input impedance
JP3346763B2 (ja) 高電圧集積回路チップ
GB2384632A (en) A power MOSFET with integrated short-circuit protection
US9035351B2 (en) Semiconductor device
US5466952A (en) Semiconductor device having an IGET and a control or protection component
JP2001044291A (ja) 半導体装置のための保護装置
JPH04321773A (ja) 自動車用パワー集積回路
JP4431761B2 (ja) Mos型半導体装置
JP3698323B2 (ja) パワースイッチ回路
JPS62217664A (ja) 半導体装置
JPH04107878A (ja) 半導体装置およびそれを用いたイグナイタ装置
JP4106804B2 (ja) 集積回路用保護装置
JP3185723B2 (ja) 半導体装置
US20090302397A1 (en) Field-Effect Transistor

Legal Events

Date Code Title Description
R250 Receipt of annual fees

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R250

R250 Receipt of annual fees

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R250

R250 Receipt of annual fees

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R250

FPAY Renewal fee payment (event date is renewal date of database)

Free format text: PAYMENT UNTIL: 20080108

Year of fee payment: 9

FPAY Renewal fee payment (event date is renewal date of database)

Free format text: PAYMENT UNTIL: 20090108

Year of fee payment: 10

FPAY Renewal fee payment (event date is renewal date of database)

Free format text: PAYMENT UNTIL: 20090108

Year of fee payment: 10

S111 Request for change of ownership or part of ownership

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R313113

S533 Written request for registration of change of name

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R313533

FPAY Renewal fee payment (event date is renewal date of database)

Free format text: PAYMENT UNTIL: 20090108

Year of fee payment: 10

R350 Written notification of registration of transfer

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R350

FPAY Renewal fee payment (event date is renewal date of database)

Free format text: PAYMENT UNTIL: 20100108

Year of fee payment: 11

FPAY Renewal fee payment (event date is renewal date of database)

Free format text: PAYMENT UNTIL: 20100108

Year of fee payment: 11

S111 Request for change of ownership or part of ownership

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R313111

FPAY Renewal fee payment (event date is renewal date of database)

Free format text: PAYMENT UNTIL: 20100108

Year of fee payment: 11

R350 Written notification of registration of transfer

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R350

FPAY Renewal fee payment (event date is renewal date of database)

Free format text: PAYMENT UNTIL: 20110108

Year of fee payment: 12

FPAY Renewal fee payment (event date is renewal date of database)

Free format text: PAYMENT UNTIL: 20110108

Year of fee payment: 12

FPAY Renewal fee payment (event date is renewal date of database)

Free format text: PAYMENT UNTIL: 20120108

Year of fee payment: 13

EXPY Cancellation because of completion of term
FPAY Renewal fee payment (event date is renewal date of database)

Free format text: PAYMENT UNTIL: 20120108

Year of fee payment: 13