JPH1093010A - 半導体集積回路基板の過熱保護装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 半導体集積回路の過熱による弊害を効果的に
防止する。 【解決手段】 グラフィック基板１にクロックジェネレ
ータ５からの制御クロックＣＫに同期する画像処理用を
含む複数個のＬＳＩを実装し、そのうち発熱の大きい４
個のＬＳＩに温度センサ３ａ〜３ｄを取り付け、各温度
センサ３ａ〜３ｄから各々のＬＳＩの温度に応じた温度
検出信号を温度監視マイコン４に出力し、温度監視マイ
コン４により各温度検出信号に基づき各々のＬＳＩの発
熱温度を導出し、最も高い導出温度が第１のしきい値及
びこれよりも高い第２のしきい値それぞれよりも高いか
否かを温度監視マイコン４により判断し、第１のしきい
値より高く第２のしきい値より低いときに過熱抑制処理
を行うべく温度監視マイコン４からメインＣＰＵ１２に
警報信号を出力し、第２のしきい値より高いときにクロ
ックジェネレータ５にクロック停止信号を出力してその
動作を停止させる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、半導体集積回路基
板に実装された半導体集積回路の過熱による弊害を未然
に防止する半導体集積回路基板の過熱保護装置に関す
る。

【０００２】

【従来の技術】ＬＳＩ等の半導体集積回路は、動作速度
が高速になればなるほどチップ自身の発熱が激しくな
り、用途によってはチップ自身がその発熱により破壊す
るに至るほど高温になるものも少なくない。

【０００３】一般に、半導体集積回路の発熱は消費電力
と密接に関係し、消費電力が高くなるほど発熱量が多く
なる。また、半導体集積回路はバイポーラ型とＭＯＳ型
の２種類に大きく分けられ、最近では非動作時の消費電
流が少ないＣ−ＭＯＳ型が広く用いられるようになって
きており、このＣ−ＭＯＳ型の半導体集積回路の消費電
力は動作周波数に比例することから、動作周波数が高け
れば高いほど消費電力も高くなり、図５に示すように動
作周波数に比例して発熱量も多くなる。

【０００４】ところで、このように高温に発熱する半導
体集積回路を使用するパーソナルコンピュータ等の製品
には、通常冷却用のファン等の適切な冷却システムが装
備され、半導体集積回路等の部品そのものが過熱しない
ように保護されている。一方、この種冷却システムが何
らかの異常を来した場合には、半導体集積回路等の部品
が過熱状態にあって冷却システムが異常を来しているた
め、使用者に対して所定の過熱抑制対策を採る旨の警告
が発せられるようになっている。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】しかし、例えば業務用
ゲーム等の組み込み用途の機器の場合には、動作時に機
器そのものを直接操作することが困難な環境で使用され
ることが多く、所定の過熱抑制対策を採ることができな
いため、上記したように冷却システムに異常を来して
も、従来は機器が故障若しくは暴走を起こすまで冷却シ
ステムの異常に全く気が付かないという問題があった。

【０００６】本発明は、上記課題に鑑みてなされたもの
で、半導体集積回路が業務用ゲーム等の組み込み用途の
機器に使用される場合において半導体集積回路の過熱に
よる弊害を効果的に防止する過熱保護装置を提供するこ
とを目的とする。

【０００７】

【課題を解決するための手段】請求項１記載の発明は、
クロックジェネレータからの制御クロックに同期して動
作する半導体集積回路が実装された半導体集積回路基板
と、前記半導体集積回路の近傍に配置されこの半導体集
積回路の発熱温度に応じた温度検出信号を出力する温度
センサと、前記温度センサからの前記温度検出信号に基
づき前記半導体集積回路の発熱温度を導出し、導出した
温度に応じて警報信号及びクロック停止信号の少なくと
も２種類の信号を出力する温度監視手段と、前記警報信
号の入力により前記半導体集積回路の過熱抑制を行う過
熱抑制手段とを備え、前記温度監視手段が、前記温度検
出信号に基づく導出温度が第１のしきい値及びこれより
も高い第２のしきい値それぞれよりも高いか否かを判断
し、前記第１のしきい値より高く前記第２のしきい値よ
り低いときに前記警報信号を出力し、前記第２のしきい
値より高いときに前記半導体集積回路の前記クロックジ
ェネレータに前記クロック停止信号をして動作を停止さ
せる機能を有することを特徴とするものである。

【０００８】この構成によれば、温度監視手段による導
出温度が第１のしきい値より高く第２のしきい値より低
いときには、温度監視手段からの警報信号により過熱抑
制手段が動作して半導体集積回路の過熱抑制が行われ
る。一方、この過熱抑制でも半導体集積回路の発熱によ
る温度上昇が抑制されず、温度監視手段による導出温度
が第２のしきい値より高くなると、温度監視手段からク
ロックジェネレータに出力されるクロック停止信号によ
り、最終的な過熱抑制対策としてクロックジェネレータ
の動作が停止される。

【０００９】このとき、請求項２記載のように、前記温
度センサ及び前記半導体集積回路をそれぞれ複数ずつ備
え、前記各半導体集積回路のうち検出対象となる前記半
導体集積回路それぞれの近傍に前記各温度センサが配置
されて成り、前記温度監視手段が、前記各温度センサか
らの温度検出信号に基づき前記検出対象となる半導体集
積回路それぞれの発熱温度を導出しそのうち最も高い導
出温度が前記第１のしきい値及び前記第２のしきい値そ
れぞれよりも高いか否かを判断する機能を有していても
よい。

【００１０】この構成によれば、半導体集積回路基板に
半導体集積回路が複数個実装されている場合に、最も発
熱の大きい半導体集積回路の発熱温度のレベルに応じて
適切な過熱抑制が行われる。

【００１１】また、請求項３記載のように、請求項１ま
たは２記載の発明において、前記半導体集積回路が画像
処理用であり、画像処理プログラムを実行する制御手段
が前記過熱抑制手段を構成し、この制御手段が前記警報
信号の入力により画像処理用の前記半導体集積回路の処
理量を強制的に低減して過熱抑制し、前記温度監視手段
が、前記制御手段に対して前記クロック停止信号を出力
して前記クロックジェネレータの動作を停止させたこと
を知らせる機能を更に有しているとよい。

【００１２】この構成によれば、半導体集積回路が画像
処理用である場合に、過熱抑制手段を構成する制御手段
によって、警報信号の入力時にこの半導体集積回路の処
理量が強制的に低減され、これによりこの半導体集積回
路の消費電力が軽減されて過熱抑制が図られる。また、
温度監視手段からのクロック停止信号によりクロックジ
ェネレータの動作が停止されたときには、その旨が制御
手段に知らされるため、制御手段による画像処理プログ
ラムの実行上クロックジェネレータの停止により画像処
理用の半導体集積回路が動作しない状態であることが認
識可能になる。

【００１３】さらに、請求項４記載のように、請求項１
または２記載の発明において、前記過熱抑制手段が、前
記半導体集積回路基板の冷却手段と、前記警報信号の入
力により前記冷却手段を強制駆動する駆動手段とにより
構成されているとよい。

【００１４】この構成によれば、温度監視手段からの警
報信号により駆動手段が動作して冷却手段が駆動され、
冷却手段による半導体集積回路の強制冷却が行われる。

【００１５】

【発明の実施形態】この発明を業務用ゲーム機器に適用
した場合の一実施形態について図１ないし図４を参照し
つつ説明する。

【００１６】まず、全体構成の概略図である図１に示す
ように、半導体回路基板であるグラフィック基板１に画
像処理用を含む複数個の半導体集積回路であるＬＳＩが
実装されて画像処理回路２が構成されており、これらの
ＬＳＩはクロックジェネレータ５からの制御クロックＣ
Ｋ（図２参照）に同期して動作する。この制御クロック
ＣＫは周波数が高いことから、これらのＬＳＩには通常
放熱板が設けられ、そのうち発熱の大きい、例えば４個
のＬＳＩの放熱板にサーミスタ等から成る温度センサ３
ａ，３ｂ，３ｃ，３ｄが接触して取り付けられ、各温度
センサ３ａ〜３ｄの抵抗値が各々の放熱板の温度に応じ
て変化してそれぞれの抵抗値に比例した電気信号である
温度検出信号が出力される。

【００１７】これらの温度検出信号は、図１のグラフィ
ック基板１に実装された温度監視手段である１チップマ
イクロコンピュータから成る温度監視マイコン４に取り
込まれ、取り込まれた各温度検出信号に基づき各々のＬ
ＳＩの発熱温度が温度監視マイコン４の演算部によって
導出され、そのうち最も高い導出温度が、図外の第１の
しきい値設定部により設定された警報レベルに相当する
第１のしきい値ＴＨ１及び第２のしきい値設定部により
設定された危険レベルに相当する第２のしきい値ＴＨ２
（＞ＴＨ１）それぞれよりも高いか否かが温度監視マイ
コン４の判断部４１により判断されるようになってい
る。

【００１８】このとき、温度監視マイコン４の周辺回路
は例えば図２に示すように構成されており、温度監視マ
イコン４による最も高い導出温度が第１のしきい値ＴＨ
１より高く第２のしきい値ＴＨ２より低いときには、温
度監視マイコン４の信号出力部から警報信号が出力さ
れ、温度監視マイコン４による最も高い導出温度が第２
のしきい値ＴＨ２より高いときには、温度監視マイコン
４の信号出力部から前記画像処理回路２のクロックジェ
ネレータ５にクロック停止信号が出力されてその動作が
強制的に停止されると同時に、メインＣＰＵ通信ポート
を介して後述するメインＣＰＵにクロックジェネレータ
５を停止した旨の報知信号が出力される。尚、図２中の
６は水晶発振子である。

【００１９】一方、図２に示す状態表示用のＬＥＤ８
ａ，８ｂ，８ｃ，８ｄにより、各温度センサ３ａ〜３ｄ
それぞれからの温度検出信号に基づき、各々のＬＳＩの
発熱の状態が表示され、例えばＬＥＤの点灯や点滅によ
って、ＬＳＩの発熱温度が第１のしきい値ＴＨ１よりも
高いのか否か或いは第２のしきい値ＴＨ２よりも高いの
か否かが識別できるようになっている。

【００２０】ところで、図１に戻り、グラフィック基板
１にコネクタ１０を介して接続されたメインＣＰＵ基板
１１には画像処理プログラムその他全システムの制御プ
ログラムを実行する制御手段であるメインＣＰＵ１２が
設けられ、警報信号の入力によりメインＣＰＵ１２から
Ｉ／Ｏロジック１３を介して出力される駆動制御信号に
より冷却手段としての複数の冷却ファン１４が駆動さ
れ、グラフィック基板１の強制冷却が行われるようにな
っており、これらメインＣＰＵ１２及び各冷却ファン１
４により過熱抑制手段が構成されている。また、メイン
ＣＰＵ１２は、警報信号の入力によって画像処理用のＬ
ＳＩが処理するデータ量を強制的に低減、例えば処理フ
レームを６０フレームから３０フレームに低減するとい
った内容の過熱抑制プログラムの実行も行う。尚、図１
中の１６はプログラムの実行等に使用するメモリであ
る。

【００２１】つぎに、過熱保護の基本的な動作について
図３のフローチャートを参照して説明する。

【００２２】いま、図３に示すようにゲームがスタート
すると、上記したように各温度センサ３ａ〜３ｄからの
温度検出信号に基づき温度監視マイコン４により各々の
ＬＳＩの発熱温度が導出され（ステップＳ１）、そのう
ち最も高い発熱温度Ｔが第１のしきい値ＴＨ１より高い
か否かの判定が判断部４１でなされ（ステップＳ２）、
この判定結果がＮＯであればステップＳ１に戻って発熱
温度の導出が繰り返し行われる。ここで、第１のしきい
値ＴＨ１の設定は温度監視マイコン４の初期化時に行わ
れるが、メインＣＰＵ１２から通信ポートを介した通信
によって温度監視マイコン４に設定するようにしてもよ
く、これは第２のしきい値ＴＨ２についても同様であ
る。

【００２３】一方、ステップＳ２の判定結果がＹＥＳで
あれば、続いて発熱温度Ｔが、第１のしきい値ＴＨ１よ
りも更に高い第２のしきい値ＴＨ２より高いか否かの判
定がなされ（ステップＳ３）、この判定結果がＮＯであ
れば、クロックジェネレータ５の強制停止によるゲーム
が中断中か否かの判定がなされ（ステップＳ４）、判定
結果がＹＥＳであれば温度監視マイコン４からクロック
ジェネレータ５にクロック起動信号が出力され、クロッ
クジェネレータ５が再起動されてゲームが再開され（ス
テップＳ５）、ステップＳ４の判定結果がＮＯであれば
ステップＳ５の処理を経た後と同じくステップＳ６に移
行する。このとき、ステップＳ５で温度監視マイコン４
からクロック起動信号が出力されると、温度監視マイコ
ン４によりクロックジェネレータ５が再起動した旨がメ
インＣＰＵ１２に報知される。

【００２４】そして、ステップＳ６において温度監視マ
イコン４からメインＣＰＵ１２に警報信号が出力され
（ステップＳ６）、メインＣＰＵ１２により、上記した
ような冷却ファン１４の駆動や過熱抑制プログラムの実
行による画像処理用のＬＳＩが処理するデータ量の強制
的低減といった過熱抑制処理が行われる（ステップＳ
７）。

【００２５】ところで、上記したステップＳ３の判定結
果がＹＥＳであれば最も高いＬＳＩの発熱温度Ｔが危険
レベルを越えたと判断され、温度監視マイコン４からク
ロックジェネレータ５にクロック停止信号が出力される
と共にメインＣＰＵ１２に報知信号が出力され（ステッ
プＳ８）、クロックジェネレータ５の動作の停止処理が
行われてゲームが強制的に中断される（ステップＳ
９）。

【００２６】その後、ステップＳ７の処理を経たのちと
同じくゲームが終了したか否かの判定がなされ（ステッ
プＳ１０）、この判定がＮＯであればゲームは継続若し
くは中断中であると判断され、ステップＳ１に戻って再
びＬＳＩの発熱温度の導出処理が繰り返され、一方、判
定結果がＹＥＳであればゲームは既に終了していること
からそのまま過熱保護動作は終了する。

【００２７】このような動作によって、例えば図４中の
実線に示すようにＬＳＩの発熱温度Ｔが上昇する場合に
おいて、発熱温度Ｔが警報レベルである第１のしきい値
ＴＨ１を越えると、温度監視マイコン４からメインＣＰ
Ｕ１２に警報信号が出力されて上記したようなＬＳＩの
過熱抑制処理が行われ、更に発熱温度Ｔが上昇して危険
レベルである第２のしきい値ＴＨ２を越えると、温度監
視マイコン４からクロック停止信号が出力されてクロッ
クジェネレータ５が強制停止されると共に、メインＣＰ
Ｕ１２に対しクロックジェネレータ５の停止が報知され
る。

【００２８】また、図４中の破線に示すように、ＬＳＩ
の発熱温度Ｔがクロックの停止による放熱作用によって
第２のしきい値ＴＨ２より高い状態から低下していく場
合には、発熱温度Ｔが第２のしきい値ＴＨ２を下回る
と、ＬＳＩが危険状態を脱したことから、温度監視マイ
コン４からクロック起動信号が出力されてクロックジェ
ネレータ５が再起動される一方、上記したＬＳＩの過熱
抑制処理が行われ、それと共にメインＣＰＵ１２に対し
クロックジェネレータ５の再起動が報知され、発熱温度
Ｔが更に第１のしきい値ＴＨ１を下回ると、ＬＳＩが警
報状態から安全状態に移行したことから、それまで行わ
れていたＬＳＩの過熱抑制処理は中止される。

【００２９】従って、動作時に機器そのものを直接操作
することが困難な環境で使用されることが多い業務用ゲ
ーム機器であっても、従来のように冷却システムに異常
を来した場合に、ＬＳＩの過熱を的確に抑制して機器の
故障若しくは暴走を未然に防止することができる。

【００３０】このとき、ＬＳＩの発熱温度Ｔが警報レベ
ルである第１のしきい値ＴＨ１より高くかつ危険レベル
である第２のしきい値ＴＨ２より低い場合には画像処理
のデータ量の低減等の過熱抑制処理を行い、発熱温度Ｔ
が危険レベルである第２のしきい値ＴＨ２より高い場合
に限り最終手段としてクロックジェネレータ５の動作を
停止するようにしているため、このような過熱抑制処理
を行わずにいきなりクロックジェネレータ５の動作を停
止する場合のように、クロック停止が頻繁に生じてゲー
ムが度々中断するといった不都合が生じることもない。

【００３１】また、温度センサを複数個（４個）設けて
いるため、ＬＳＩの発熱を的確ないしは確実に検出する
ことができ、発熱検出の信頼性の向上を図ることが可能
である。

【００３２】さらに、温度監視マイコン４からのクロッ
ク停止信号によりクロックジェネレータ５の動作が停止
されたときには、その旨を知らせる報知信号がメインＣ
ＰＵ１２に出力されるため、メインＣＰＵ１２による画
像処理プログラムの実行上、クロックジェネレータ５の
停止により画像処理用のＬＳＩが動作しない状態である
ことを容易に認識することができる。

【００３３】なお、上記実施形態では、温度センサを４
個設け、各温度センサからの温度検出信号から得られる
各々のＬＳＩの発熱温度のうち最も高い発熱温度Ｔにつ
いて第１，第２のしきい値ＴＨ１，ＴＨ２と比較する場
合について説明したが、各温度センサの温度検出信号か
ら得られる各々のＬＳＩの発熱温度の平均をとり、これ
と第１，第２のしきい値ＴＨ１，ＴＨ２とを比較するよ
うにしてもよい。さらに、温度センサは１個であっても
よいことは言うまでもない。

【００３４】また、温度センサは上記したサーミスタに
限定されるものではなく、ポジスタその他の感温素子を
用いてもよく、要するに電気信号の形で温度検出信号を
出力し得るものであればよい。

【００３５】さらに、上記実施形態では、過熱抑制手段
を構成する冷却手段として、冷却ファンを用いている
が、このようなファンに限らずペルチェ素子等の熱電冷
却素子を用いてもよいのは勿論である。

【００３６】また、警報信号入力時のメインＣＰＵ１２
による過熱抑制プログラムとして、上記したような画像
処理のデータ量の低減のほか、ゲームが進行する上で画
面に表示される動画のうち視覚的に問題とならない画面
周辺部の動画部分を静止画に置換するという内容のプロ
グラムであってもよい。

【００３７】さらに、半導体集積回路は上記したＬＳＩ
に限定されるものではなく、動作時に発熱しうるもので
あれば、この発明を同様に実施することが可能である。

【００３８】ところで、上記実施形態では、画像処理用
ＬＳＩを含む複数のＬＳＩが実装されたグラフィック基
板１を有する業務用ゲーム機器に適用した場合について
説明したが、特に業務用ゲーム機器以外であってもこの
発明を同様に実施することができ、したがって半導体集
積回路も画像処理用に限るものではない。

【００３９】

【発明の効果】以上のように、請求項１記載の発明によ
れば、動作時に機器そのものを直接操作することが困難
な環境で使用されることが多い例えば業務用ゲーム機器
等の機器であっても、従来のように冷却システムに異常
を来した場合において機器の故障若しくは暴走を招くこ
となく、半導体集積回路基板の過熱を確実に抑制するこ
とができ、信頼性の優れた過熱保護装置を提供すること
が可能になる。

【００４０】また、請求項２記載の発明によれば、半導
体集積回路基板に半導体集積回路が複数個実装されてい
る場合に、複数の温度センサを設けるため、信頼性の高
い適切な過熱抑制を行うことができる。

【００４１】さらに、請求項３記載の発明によれば、半
導体集積回路が特に画像処理用である場合には、制御手
段により半導体集積回路の処理量を強制的に低減するこ
とによりこの半導体集積回路の消費電力を軽減するた
め、効果的な過熱抑制が可能であり、しかも温度監視手
段からのクロック停止信号によりクロックジェネレータ
の動作が停止されたときにその旨を制御手段に知らせる
ようにしているため、制御手段による画像処理プログラ
ムの実行上、クロックジェネレータの停止により画像処
理用の半導体集積回路が動作しない状態であることを容
易に認識することができる。

【００４２】また、請求項４記載の発明によれば、冷却
手段と警報信号の入力によりこの冷却手段を強制駆動す
る駆動手段とにより過熱抑制手段を構成しているため、
半導体集積回路基板を強制的に冷却して過熱を確実に抑
制することが可能になる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の一実施形態を示すブロック図である。

【図２】同上の一部の詳細なブロック図である。

【図３】同上の動作説明用のフローチャートである。

【図４】同上の動作説明図である。

【図５】従来例の動作説明図である。

【符号の説明】

１ グラフィック基板 ３ａ，３ｂ，３ｃ，３ｄ 温度センサ ４ 温度監視マイコン（温度監視手段） ４１ 判断部（温度監視手段） ５ クロックジェネレータ １２ メインＣＰＵ（制御手段、過熱抑制手段） １４ 冷却ファン（冷却手段、過熱抑制手段）

Claims (4)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 クロックジェネレータからの制御クロッ
   クに同期して動作する半導体集積回路が実装された半導
   体集積回路基板と、前記半導体集積回路の近傍に配置さ
   れこの半導体集積回路の発熱温度に応じた温度検出信号
   を出力する温度センサと、前記温度センサからの前記温
   度検出信号に基づき前記半導体集積回路の発熱温度を導
   出し、導出した温度に応じて警報信号及びクロック停止
   信号の少なくとも２種類の信号を出力する温度監視手段
   と、前記警報信号の入力により前記半導体集積回路の過
   熱抑制を行う過熱抑制手段とを備え、前記温度監視手段
   が、前記温度検出信号に基づく導出温度が第１のしきい
   値及びこれよりも高い第２のしきい値それぞれよりも高
   いか否かを判断し、前記第１のしきい値より高く前記第
   ２のしきい値より低いときに前記警報信号を出力し、前
   記第２のしきい値より高いときに前記半導体集積回路の
   前記クロックジェネレータに前記クロック停止信号を出
   力して動作を停止させる機能を有することを特徴とする
   半導体集積回路基板の過熱保護装置。
2. 【請求項２】 前記温度センサ及び前記半導体集積回路
   をそれぞれ複数ずつ備え、前記各半導体集積回路のうち
   検出対象となる前記半導体集積回路それぞれの近傍に前
   記各温度センサが配置されて成り、前記温度監視手段
   が、前記各温度センサからの温度検出信号に基づき前記
   検出対象となる半導体集積回路それぞれの発熱温度を導
   出しそのうち最も高い導出温度が前記第１のしきい値及
   び前記第２のしきい値それぞれよりも高いか否かを判断
   する機能を有することを特徴とする請求項１記載の半導
   体集積回路基板の過熱保護装置。
3. 【請求項３】 前記半導体集積回路が画像処理用であ
   り、画像処理プログラムを実行する制御手段が前記過熱
   抑制手段を構成し、この制御手段が前記警報信号の入力
   により画像処理用の前記半導体集積回路の処理量を強制
   的に低減して過熱抑制し、前記温度監視手段が、前記制
   御手段に対して前記クロック停止信号を出力して前記ク
   ロックジェネレータの動作を停止させたことを知らせる
   機能を更に有することを特徴とする請求項１または２記
   載の半導体集積回路基板の過熱保護装置。
4. 【請求項４】 前記過熱抑制手段が、前記半導体集積回
   路基板の冷却手段と、前記警報信号の入力により前記冷
   却手段を強制駆動する駆動手段とにより構成されている
   ことを特徴とする請求項１または２記載の半導体集積回
   路基板の過熱保護装置。