JP2008289290A - 半導体集積回路装置 - Google Patents

Abstract

【課題】トリミング設定に用いられるテストパッドを削減し、二次電池の監視用に用いられる半導体集積回路装置を小型化する。
【解決手段】プローブ検査時、ヒューズ８は未切断であり、インバータ２３からＬｏ信号が出力され、セレクタ１２はレジスタ１１に格納されたトリミング用データをデコーダ１３に出力する。基準電圧回路１４は、デコーダ１３が復号したトリミング信号に基づいて基準電圧を生成する。基準電圧が設定値でない場合には、新たなトリミング用データをレジスタ１１に格納し、設定値となるまで基準電圧値を調整する。トリミング終了後、調整後のトリミング用データと同じデータをヒューズ部９に格納するとともにヒューズ８を切断する。これにより、インバータ２３はＨｉ信号出力となり、セレクタ１２は、ヒューズ部９に設定されるトリミング用データがデコーダ１３に出力される。
【選択図】図３

Description

本発明は、半導体集積回路装置の小型化技術に関し、特に、二次電池の電源などを監視する監視用半導体集積回路装置の半導体チップの縮小化に有効な技術に関する。

近年、携帯電話などの携帯用電子機器には、リチウムイオン電池などの二次電池が広く用いられている。この種の二次電池には、過充電や過放電などの危険を回避するために、過充電保護、過放電保護、および過電流保護などの保護機能を備えた監視用半導体集積回路装置が設けられている。

監視用半導体集積回路装置は、二次電池の性能を最大限に引き出すために高い精度が要求されており、この要求精度を確保するために、たとえば、プローブ検査時において検出電圧のトリミングが行われている。

監視用半導体集積回路装置をトリミングモードに設定するには、該監視用半導体集積回路装置の半導体チップに設けられたテストパッドを介してテスト用信号を入力することによって設定が行われる。

また、この種の監視用半導体集積回路装置におけるトリミングテスト技術については、テスト用ヒューズを設け、充放電制御回路を評価するテスト状態において、テスト用遅延時間短縮モードを実現し、トリミングに要するテスト時間を短縮するものがある（特許文献１参照）。
特開２００５−２２９７４２号公報

ところが、上記のような監視用半導体集積回路装置におけるトリミングモードの設定技術では、次のような問題点があることが本発明者により見い出された。

すなわち、監視用半導体集積回路装置の半導体チップにテストパッドを設けなければならないが、このテストパッドは、元々半導体チップが小さいために、該半導体チップに占める面積率が非常に大きなものとなっている。

それにより、半導体チップの小型化が困難となり、二次電池パッケージの小型化にも制限が生じてしまうという問題がある。

本発明の目的は、トリミング設定に用いられるテストパッドを削減することにより、監視用に用いられる半導体集積回路装置を大幅に小型化することのできる技術を提供することにある。

本発明の前記ならびにそのほかの目的と新規な特徴については、本明細書の記述および添付図面から明らかになるであろう。

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、次のとおりである。

本発明は、トリミングモードの際に電圧補正用トリミングデータを格納する第１のトリミングデータ格納部と、トリミングによる調整が終了した電圧補正用トリミングデータを格納する第２のトリミングデータ格納部と、トリミング時にトリミングモードを設定するトリミングモード設定信号を出力し、トリミングが終了するとトリミングモードが終了したことを示すトリミングモード解除信号を出力するトリミングモード設定部と、該トリミングモード設定部からトリミングモード設定信号が出力された際に第１のトリミングデータ格納部に格納された電圧補正用トリミングデータを選択して出力し、トリミングモード設定部からトリミングモード解除信号が出力された際に第２のトリミングデータ格納部に格納された電圧補正用トリミングデータを選択して出力する第１のセレクタと、該第１のセレクタを介して入力されたトリミング信号に基づいて電圧をトリミングし、電圧ばらつきを補正した基準電圧を生成して出力する基準電圧生成部とを備えたものである。

また、本願のその他の発明の概要を簡単に示す。

本発明は、前記トリミングモード設定部が、切断可能なヒューズを備え、該ヒューズが切断される前は、トリミングモード設定信号を出力し、該ヒューズが切断されるとトリミングモード解除信号を出力するものである。

また、本発明は、前記ヒューズが、プローブ検査時において、基準電圧生成部から出力される基準電圧のばらつきを補正するトリミングが終了した後に、たとえば、レーザートリマーなどにより切断されるものである。

さらに、本発明は、前記半導体集積回路装置が、二次電池の監視用として用いられ、該二次電池の過放電、過充電、または過電流を検出し、二次電池の充放電経路を切断する制御を行うものである。

また、本発明は、トリミングモードの際に遅延時間補正用トリミングデータを格納する第３のトリミングデータ格納部と、トリミングによる調整が終了した遅延時間補正用トリミングデータを格納する第４のトリミングデータ格納部と、トリミングモード設定部からトリミングモード設定信号が出力された際に第３のトリミングデータ格納部に格納された遅延時間補正用トリミングデータを選択して出力し、トリミングモード設定部からトリミングモード解除信号が出力された際に第４のトリミングデータ格納部に格納された遅延時間補正用トリミングデータを選択して出力する第２のセレクタと、二次電池の充放電経路を切断する際に出力される制御信号の遅延時間を生成する遅延時間設定部とを備え、遅延時間設定部が、第２のセレクタを介して入力されたトリミング信号に基づいて遅延時間をトリミングし、遅延時間のばらつきを補正して遅延信号を生成するものである。

本願において開示される発明のうち、代表的なものによって得られる効果を簡単に説明すれば以下のとおりである。

（１）トリミングモードを設定するテスト設定用パッドが不要になるので、半導体チップを大幅に小型化することができる。

（２）また、上記（１）により、二次電池監視用の半導体集積回路装置の小型化が実現でき、該半導体集積回路装置を用いて構成される電池パックを小さくすることができる。

以下、本発明の実施の形態を図面に基づいて詳細に説明する。なお、実施の形態を説明するための全図において、同一の部材には原則として同一の符号を付し、その繰り返しの説明は省略する。

図１は、本発明の一実施の形態による電池パックの説明図、図２は、図１の電池パックにおける接続構成を示した説明図、図３は、図１の電池パックに設けられた半導体集積回路装置の構成例を示すブロック図、図４は、図３の半導体集積回路装置に設けられた基準電圧回路、および検出電圧回路の構成例を示した説明図である。

本実施の形態において、電池パック１は、たとえば、携帯電話などの携帯用電子機器の電源に用いられる。電池パック１は、図１に示すように、バッテリ２、および電池監視モジュール３から構成されている。

バッテリ２は、リチウムイオン電池などの二次電池からなる。電池監視モジュール３には、プリント配線板からなる実装基板４が設けられている。

実装基板４の裏面には、バッテリ２の上方に設けられた正（＋）側電極部２ａと負（−）側電極部２ｂとが電気的に接続される電極部がそれぞれ設けられている。この実装基板４の主面の右側には、携帯電話などの携帯用電子機器やバッテリ２を充電する充電器などが接続されるバッテリ電極部４ａ，４ｂが設けられている。

これらバッテリ電極部４ａ，４ｂは、正側電極部２ａ、負側電極部２ｂと実装基板４の配線を介してそれぞれ接続されている。また、実装基板４の主面の中央部には、バッテリ２を監視する監視用の半導体集積回路装置５が実装されている。

半導体集積回路装置５は、たとえば、バッテリ２における過充電、過放電、および過電流などの各種監視やバッテリ保護を行う。実装基板４において、半導体集積回路装置５の左側には、スイッチ部６，７が実装されている。

図２は、電池パック１の接続構成を示した説明図である。

半導体集積回路装置５には、電源端子ＶＣ、グランド端子ＧＮＤ、出力端子ＯＵＴ１、出力端子ＯＵＴ２、および電流検出端子ＩＤＴがそれぞれ設けられている。バッテリ２の正側電極部２ａには電源端子ＶＣが接続されている。基準電位ＶＳＳとなるバッテリ２の負側電極部２ｂには、グランド端子ＧＮＤが接続されている。

バッテリ２の負側電極部２ａには、スイッチ部６の一方の接続部が接続されており、該スイッチ部６の他方の接続部には、スイッチ部７の一方の接続部が接続されている。

スイッチ部７の他方の接続部には、電流検出端子ＩＤＴが接続されており、該電流検出端子ＩＤＴとバッテリ２の正側電極部２ａとの間には、携帯電話などの携帯用電子機器やバッテリ２を充電する充電器などの負荷回路ＬＤが接続される。

スイッチ部６の制御端子には、出力端子ＯＵＴ１が接続されており、スイッチ部７の制御端子には、出力端子ＯＵＴ２が接続されている。スイッチ部６は、出力端子ＯＵＴ１から出力される制御信号に基づいて、ＯＮ（導通）／ＯＦＦ（非導通）が制御される。同様に、スイッチ部７は、出力端子ＯＵＴ２から出力される制御信号に基づいて、ＯＮ（導通）／ＯＦＦ（非導通）が制御される。

半導体集積回路装置５は、電源端子ＶＣから取り込んだ電源電圧ＶＣＣや、電流検出端子ＩＤＴからスイッチ部６とスイッチ部７とに流れる電流の電圧降下を測定することで間接的に電流値を測定し、その測定結果から該バッテリ２に流れる電流値を検出してバッテリ２の保護を行う。

たとえば、携帯用電子機器の使用時になどにおいて、半導体集積回路装置５は、電源端子ＶＣの電圧レベルが任意の電圧（たとえば、約２Ｖ程度）以下になると、スイッチ部６がＯＦＦとなるように制御信号を出力し、バッテリ２の放電過電流を防止する。

また、充電器による充電中に、電源端子ＶＣの電圧レベルが任意の電圧（たとえば、約４．２Ｖ程度）よりも高くなると、スイッチ部７がＯＦＦとなるように制御信号を出力し、バッテリ２の充電を終了して過充電を防止する。

さらに、電流検出端子ＩＤＴの電流値が任意の電流値以上となると、スイッチ部６がＯＦＦとなるように制御信号を出力し、バッテリ２の過放電を防止する。

図３は、半導体集積回路装置５の構成例を示すブロック図である。

半導体集積回路装置５は、図示するように、ヒューズ８、ヒューズ部９、抵抗１０、レジスタ１１、セレクタ１２、デコーダ１３、基準電圧回路１４、検出電圧回路１５，１６、発振器回路１７、制御回路１８、ならびにインバータ１９〜２３などが備えられている。また、ヒューズ８、抵抗１０、ならびにインバータ２３によってトリミングモード設定部が構成されている。

ヒューズ８の一方の接続部には、電源電圧ＶＣＣが供給されるように接続されており、該ヒューズ８の他方の接続部には、抵抗１０の一方の接続部、およびインバータ２３の入力部がそれぞれ接続されている。また、抵抗１０の他方の接続部には、基準電位ＶＳＳが接続されている。

セレクタ１２の選択用端子には、ヒューズ部９とレジスタ１１とがそれぞれ接続されており、該セレクタ１２の制御端子、および制御回路１８には、インバータ２３から出力されたトリミングモード設定信号、またはトリミングモード解除信号となる信号が入力されるようにそれぞれ接続されている。制御回路１８は、インバータ２３から出力される信号（トリミングモード設定信号／トリミングモード解除信号）に基づいて、通常動作（バッテリ２の監視動作）時であるかトリミングモードであるかを認識する。

第２のトリミングデータ格納部、ならびに第４のトリミングデータ格納部となるヒューズ部９は、複数のヒューズが設けられた構成からなり、トリミング設定されたトリミング用データを格納する。第１のトリミングデータ格納部、および第２のトリミングデータ格納部となるレジスタ１１は、外部入力されるトリミング用データを格納する。

セレクタ１２は、インバータ２３から出力された信号に基づいて、ヒューズ部９、またはレジスタ１１のいずれかに設定されたトリミング用データを選択して出力する。デコーダ１３は、セレクタ１２を介して入力されたトリミング用データをデコードし、トリミング信号として出力する。

デコーダ１３の出力部には、基準電圧回路１４、および遅延時間設定部となる発振器回路１７がそれぞれ接続されている。基準電圧生成部である基準電圧回路１４は、デコーダ１３から出力されるトリミング信号に基づいて任意の電圧レベルとなる基準電圧を生成して出力する。

検出電圧回路１５は、電源端子ＶＣに入力される電源電圧ＶＣＣの電圧レベルと基準電圧回路１４から出力される基準電圧とを比較し、その比較結果を検出信号として制御回路１８に出力する。

検出電圧回路１６は、電流検出端子ＩＤＴからスイッチ部６とスイッチ部７に流れる電流の電圧降下を測定することで、その電圧値と基準電圧回路１４から出力される基準電圧とを比較して比較結果を検出信号として制御回路１８に出力する。

発振器回路１７は、デコーダ１３から出力されるトリミング信号に基づいて、クロック信号の発振周期を可変して制御回路１８に出力する。発振器回路１７が生成するクロック信号は、バッテリ２を充電する際に、該バッテリ２の過充電を防止するスイッチ部７のＯＦＦ動作の制御などに用いられる。

たとえば、バッテリ２を充電する際、外部からの雑音によって誤動作を起こし満充電となる前に充電を停止してしまう恐れがある。

よって、誤動作を起こさないようするため、発振器回路１７のクロック信号に任意の遅延を持たせて、制御回路１８がバッテリ２が満充電となってから、任意の時間が経過した後にスイッチ部７がＯＦＦとなるように制御を行うための遅延時間を生成する。

制御回路１８は、検出電圧回路１５，１６から出力される検出信号に基づいて、スイッチ部６，７のＯＮ／ＯＦＦ制御を行い、バッテリ２の監視や保護などを行う。

図４は、基準電圧回路１４、および検出電圧回路１５の構成例を示した説明図である。

基準電圧回路１４は、増幅器２４、トランジスタ２５、および選択部２６、および抵抗部２７から構成されている。増幅器２４の一方の入力部には、基準電圧ＶＲＥＦが入力されるように接続されている。

増幅器２４の出力部には、トランジスタ２５のゲートが接続されており、該トランジスタ２５の一方の接続部には、電源電圧ＶＣＣが供給されている。抵抗部２７は、複数の抵抗から構成されており、これら抵抗がトランジスタ２５の他方の接続部と基準電位ＶＳＳとの間に直列接続されている。

選択部２６は、たとえば、複数のトランジスタからなり、それらトランジスタの一方の接続部が、抵抗部２７における各抵抗の任意の接続点とそれぞれ接続されており、トランジスタの他方の接続部には、増幅器２４の他方の入力部が接続されている。

選択部２６のトランジスタのゲートには、デコーダ１３から出力されるトリミング信号が入力されるように接続されており、各々のトランジスタは、トリミング信号に基づいてＯＮ／ＯＦＦを行う。

基準電圧回路１４は、これら増幅器２４、トランジスタ２５、および選択部２６、ならびに抵抗部２７によってフィードバック回路が構成され、トリミング信号に基づいてコンパレータ３０に供給する基準電圧を生成する。

検出電圧回路１５は、抵抗２８，２９、およびコンパレータ３０から構成されている。抵抗２８，２９は、電源電圧ＶＣＣと基準電位ＶＳＳとの間に直列接続された構成となり、抵抗２８と抵抗２９との接続部がコンパレータ３０の負（−）側入力端子に接続されている。

また、コンパレータ３０の正（＋）側入力端子には、抵抗部２７における任意の接続点が接続されており、該コンパレータ３０は、基準電圧回路１４によって生成された基準電圧と電源電圧ＶＣＣを抵抗分圧した電圧とを比較し、その比較結果を制御回路１８に出力する。

次に、本実施の形態における半導体集積回路装置５の動作について説明する。

ここでは、たとえば、プローブ検査工程におけるトリミングモードによるトリミングコードの取得技術について説明する。

まず、プローブ検査時には、ヒューズ８が切断されていないので、セレクタ２３の制御端子には、インバータ２３を介してトリミング設定信号となるＬｏ信号が入力される。これにより、セレクタ１２は、レジスタ１１に設定されるトリミング用データがデコーダ１３に出力されるように選択される。また、制御回路１８は、インバータ２３から出力されるＬｏ信号に基づいてトリミングモードであることを認識する。

このトリミングモードでは、出力端子ＯＵＴ１をクロック入力端子として利用し、電流検出端子ＩＤＴをトリミング用データのデータ入力端子として利用する。そして、出力端子ＯＵＴ１を介して入力されたクロック信号に同期して電流検出端子ＩＤＴを介して入力されたトリミング用データをレジスタ１１に格納する。

続いて、レジスタ１１に格納したトリミング用データは、セレクタ１２を介してデコーダ１３に入力され、該デコーダ１３によって復号され、トリミング信号として出力される。

このトリミング信号に基づいて、選択部２６の任意のトランジスタがＯＮさせて基準電圧回路１４が生成する基準電圧が予め設定される電圧レベルであるか否かを出力端子ＯＵＴ２からプローバによって判断する。

予め設定される電圧レベルでない場合には、次のトリミング用データをレジスタ１１に格納し、選択部２６における他の任意のトランジスタがＯＮさせて基準電圧の電圧レベルを調整し、基準電圧回路１４の基準電圧が要求される設定値となるまで同様に調整を行う。

基準電圧回路１４の調整が終了すると、調整が終了した時点でレジスタ１１に格納されているトリミング用データと同じデータがヒューズ部９に格納されるように、該ヒューズ部９のヒューズの切断を行う。

このとき、ヒューズ８も切断する。これにより、セレクタ２３の制御端子には、インバータ２３を介してトリミング解除信号となるＨｉ信号が入力され、該セレクタ１２は、ヒューズ部９に設定されるトリミング用データがデコーダ１３に出力されるように選択する。

また、制御回路１８には、インバータ２３から出力されるＨｉ信号に基づいてトリミングモードではなく、通常の動作モードとなったことを認識し、通常動作モードに固定される。

ここでは、基準電圧回路１４の調整技術について述べたが、発振器回路１７の遅延時間を設定するトリミング技術についても、同様の手順で行われることになる。

それにより、本実施の形態によれば、ヒューズ８を設けることにより、トリミングモードに設定するテスト用パッドが半導体集積回路装置５に不要となり、該半導体集積回路装置５のチップサイズを大幅に低減することができる。

以上、本発明者によってなされた発明を実施の形態に基づき具体的に説明したが、本発明は前記実施の形態に限定されるものではなく、その要旨を逸脱しない範囲で種々変更可能であることはいうまでもない。

たとえば、前記実施の形態では、トリミングモードを設定するヒューズを１本設けた構成としたが、たとえば、図５に示すように、ヒューズを２本設けて通常モードに設定した後に再度トリミングモードを設定できる構成としてもよい。

この場合、半導体集積回路装置５は、図５に示すように、セレクタ１２に２つの制御端子が備えられ、ヒューズ３１、抵抗３２、トランジスタ３３、およびラッチ回路３４が新たに設けられたところが図１と異なる点である。

トランジスタ３３の一方の接続部には、電源電圧ＶＣＣが接続されている。このトランジスタ３３の他方の接続部と基準電位ＶＳＳとの間には、ヒューズ３１と抵抗３２とが直列接続されている。

また、ヒューズ３１と抵抗３２との接続部には、ラッチ回路３４の入力部が接続されており、ラッチ回路３４の出力部には、セレクタ１２の他方の制御端子が接続されている。

トランジスタ３３は、たとえば、制御回路１８によって半導体集積回路装置５の電源立ち上げ時などの任意の時間だけＯＮするように制御され、その時の信号状態（Ｈｉ信号／Ｌｏ信号）がラッチ回路３４にラッチされる。

このラッチ回路３４を設けることにより、定常的に電流が流れることを防止することができ、不要な消費電流を低減することができる。

半導体集積回路装置５がトリミングモードが終了して通常状態となっている場合には、ヒューズ８が切断され、ヒューズ３１が切断されていない状態となっている。そして、何らかの理由によって再度トリミングモードに設定する際には、ヒューズ３１を切断し、ラッチ回路３４に入力する信号状態を切り替える。

これにより、セレクタ１２は、再びレジスタ１１に設定されるトリミング用データがデコーダ１３に出力されるように選択を行い、トリミングモードとなる。

それにより、半導体集積回路装置５の故障解析時などに簡単にトリミングモードに設定することが可能となり、故障解析の効率を向上させることができる。

本発明は、二次電池の監視用に用いられる半導体集積回路装置の小型化技術に適している。

本発明の一実施の形態による電池パックの説明図である。 図１の電池パックにおける接続構成を示した説明図である。 図１の電池パックに設けられた半導体集積回路装置の構成例を示すブロック図である。 図３の半導体集積回路装置に設けられた基準電圧回路、および検出電圧回路の構成例を示した説明図である。 本発明の他の実施の形態による半導体集積回路装置の一部構成を示す説明図である。

符号の説明

１ 電池パック
２ バッテリ
２ａ 正側電極部
２ｂ 負側電極部
３ 電池監視モジュール
４ 実装基板
４ａ，４ｂ バッテリ電極部
５ 半導体集積回路装置
６，７ スイッチ部
８ ヒューズ
９ ヒューズ部
１０ 抵抗
１１ レジスタ
１２ セレクタ
１３ デコーダ
１４ 基準電圧回路
１５，１６ 検出電圧回路
１７ 発振器回路
１８ 制御回路
１９〜２３ インバータ
２４ 増幅器
２５ トランジスタ
２６ 選択部
２７ 抵抗部
２８，２９ 抵抗
３０ コンパレータ
３１ ヒューズ
３２ 抵抗
３３ トランジスタ
３４ ラッチ回路
ＶＣ 電源端子
ＧＮＤ グランド端子
ＯＵＴ１ 出力端子
ＯＵＴ２ 出力端子
ＩＤＴ 電流検出端子

Claims (5)

1. トリミングモードの際に電圧補正用トリミングデータを格納する第１のトリミングデータ格納部と、
   トリミングによる調整が終了した電圧補正用トリミングデータを格納する第２のトリミングデータ格納部と、
   トリミング時にトリミングモードを設定するトリミングモード設定信号を出力し、トリミングが終了するとトリミングモードが終了したことを示すトリミングモード解除信号を出力するトリミングモード設定部と、
   前記トリミングモード設定部からトリミングモード設定信号が出力された際に前記第１のトリミングデータ格納部に格納された電圧補正用トリミングデータを選択して出力し、前記トリミングモード設定部からトリミングモード解除信号が出力された際に前記第２のトリミングデータ格納部に格納された電圧補正用トリミングデータを選択して出力する第１のセレクタと、
   前記第１のセレクタを介して入力されたトリミング信号に基づいて電圧をトリミングし、電圧ばらつきを補正した基準電圧を生成して出力する基準電圧生成部とを備えたことを特徴とする半導体集積回路装置。
2. 請求項１記載の半導体集積回路装置において、
   前記トリミングモード設定部は、
   切断可能なヒューズを備え、前記ヒューズが切断される前は、トリミングモード設定信号を出力し、前記ヒューズが切断されるとトリミングモード解除信号を出力することを特徴とする半導体集積回路装置。
3. 請求項１または２記載の半導体集積回路装置において、
   前記ヒューズは、
   プローブ検査時において、前記基準電圧生成部から出力される基準電圧のばらつきを補正するトリミングが終了した後に切断されることを特徴とする半導体集積回路装置。
4. 請求項１〜３のいずれか１項に記載の半導体集積回路装置において、
   前記半導体集積回路装置は、
   二次電池の監視用として用いられ、前記二次電池の過放電、過充電、または過電流を検出し、前記二次電池の充放電経路を切断する制御を行うことを特徴とする半導体集積回路装置。
5. 請求項４記載の半導体集積回路装置において、
   トリミングモードの際に遅延時間補正用トリミングデータを格納する第３のトリミングデータ格納部と、
   トリミングによる調整が終了した遅延時間補正用トリミングデータを格納する第４のトリミングデータ格納部と、
   前記トリミングモード設定部からトリミングモード設定信号が出力された際に前記第３のトリミングデータ格納部に格納された遅延時間補正用トリミングデータを選択して出力し、前記トリミングモード設定部からトリミングモード解除信号が出力された際に前記第４のトリミングデータ格納部に格納された遅延時間補正用トリミングデータを選択して出力する第２のセレクタと、
   前記二次電池の充放電経路を切断する際に出力される制御信号の遅延時間を生成する遅延時間設定部とを備え、
   前記遅延時間設定部は、
   前記第２のセレクタを介して入力されたトリミング信号に基づいて遅延時間をトリミングし、遅延時間のばらつきを補正して遅延信号を生成することを特徴とする半導体集積回路装置。

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