JP2015095541A - Surge protector - Google Patents
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Abstract
Description
本開示は、入出力端子に負電圧が印加され続けても、電流が流れ続けることを防止することができ、チップ面積の増大を伴うことなく、高いサージ耐量を確保できるサージ保護装置に関する。 The present disclosure relates to a surge protection device that can prevent a current from continuing to flow even when a negative voltage is continuously applied to an input / output terminal, and can ensure a high surge resistance without increasing the chip area.
車載用途として使用される電装部品、例えば半導体装置若しくは半導体集積回路(以下、「IC(Integrated Circuit)」ともいう)において、その電源端子は、高電圧(例えば、約12V)の車載用のバッテリーに接続される。一方、一般的に、上記ICの内部は半導体素子から構成されるため、TTL(Transistor-Transistor Logic)レベルやCMOS(Complementary MOS)レベル等に適切な単一電圧(例えば、約5V)も使用される。このような車載に使用されるICの内部回路では、上記の車載用のバッテリー電圧から単一電圧に降圧した電圧をICの内部回路の電源電圧として使用している。 In an electrical component used for in-vehicle use, for example, a semiconductor device or a semiconductor integrated circuit (hereinafter also referred to as “IC (Integrated Circuit)”), the power supply terminal is a high-voltage (for example, about 12 V) in-vehicle battery. Connected. On the other hand, generally, since the inside of the IC is composed of semiconductor elements, a single voltage (for example, about 5 V) suitable for a TTL (Transistor-Transistor Logic) level, a CMOS (Complementary MOS) level, or the like is also used. The In such an internal circuit of an IC used for in-vehicle use, a voltage obtained by stepping down the above-mentioned in-vehicle battery voltage to a single voltage is used as a power supply voltage for the internal circuit of the IC.
このように、車載用途に使用されるICは、外部の車載用のバッテリーから供給される電圧に使用される半導体素子(以下、「高耐圧半導体素子」ともいう)と、内部の回路でTTLレベル等に使用される、すなわち上記の単一電圧に使用される半導体素子(以下、「低耐圧半導体素子」ともいう)とから構成される。高耐圧半導体素子としては、例えば高耐圧MOSトランジスタ、高耐圧ダイオード等がある。また、低耐圧半導体素子としては、低耐圧MOSトランジスタ等がある。 As described above, an IC used for in-vehicle use includes a semiconductor element used for a voltage supplied from an external in-vehicle battery (hereinafter also referred to as “high voltage semiconductor element”) and an internal circuit at a TTL level. For example, the semiconductor device is used for the above-described single voltage (hereinafter also referred to as “low-voltage semiconductor device”). Examples of the high voltage semiconductor element include a high voltage MOS transistor and a high voltage diode. In addition, examples of the low breakdown voltage semiconductor element include a low breakdown voltage MOS transistor.
車載部品等に使用される従来のICのサージ保護装置として、図7に示すような回路が知られている(特許文献1参照)。 A circuit shown in FIG. 7 is known as a conventional IC surge protection device used for in-vehicle components and the like (see Patent Document 1).
図7において、IC60は、正の電源端子602と、負の電源端子603と、少なくとも1つの入出力端子604とを備える。正の電源端子602には、直流電源601の正極端子が接続され、負の電源端子603には、直流電源601の負極端子が接続される。入出力端子604と負の電源端子603との間には、第1の高耐圧ダイオード62が接続される。正の電源端子602と入出力端子604との間には、第2の高耐圧ダイオード63が接続される。第1及び第2の高耐圧ダイオード62,63は、内部回路606にあるトランジスタ(図示しない)の寄生ダイオード等を用いることがある。
In FIG. 7, the IC 60 includes a positive
一方、正の電源端子602と負の電源端子603との間には、Nch(Nチャンネル)型の高耐圧MOSトランジスタ64が接続される。なお、入出力端子604は、内部回路606への入力信号が印加される端子であり、又は、内部回路606からの信号が出力される端子である。64Bは、高耐圧MOSトランジスタ64の寄生ダイオードを示している。
On the other hand, an Nch (N channel) type high
次に、図7のサージ保護回路の動作を説明する。 Next, the operation of the surge protection circuit of FIG. 7 will be described.
入出力端子604に印加される入力電圧が電源電圧の範囲内にあるときは、第1の高耐圧ダイオード62、及び第2の高耐圧ダイオード63は、カットオフしている状態にあり、これらのダイオードは共に高インピーダンスとなっている。このため、サージ保護回路は動作せず、入出力端子604に印加された入力電圧がそのまま内部回路606に供給され、通常の信号処理が行われる。
When the input voltage applied to the input /
一方、何らかの理由により、入出力端子604に電源電圧の範囲を超える負の電圧が印加されると、第1の高耐圧ダイオード62が導通し、負の電源端子603の電圧から順方向ダイオード電圧(約0.7V)低い値に、入出力端子604の電圧がクランプされる。
On the other hand, when a negative voltage exceeding the range of the power supply voltage is applied to the input /
また、入出力端子604に電源電圧の範囲を超える正の高電圧が印加されると、第2の高耐圧ダイオード63が導通し、正の電源端子602の電圧を上昇させる。そして、正の電源端子602の電圧が、高耐圧MOSトランジスタ64のしきい値電圧に達すると、高耐圧MOSトランジスタ64は、正の電源端子602と負の電源端子603との間に放電経路を形成し、高耐圧MOSトランジスタ64の寄生ダイード64Bにより入出力端子604の電圧をクランプする。これにより、内部回路606の破壊を防止することができる。
Further, when a positive high voltage exceeding the range of the power supply voltage is applied to the input /
しかしながら、従来のサージ保護回路は、入出力端子604に負電圧が長時間印加された場合、第1の高耐圧ダイオード62が順方向にバイアスされて電流が流れ続けることによって、例えば第1の高耐圧ダイオード62やその周辺の配線等が過剰発熱し、ICが破壊するといった課題があった。
However, in the conventional surge protection circuit, when a negative voltage is applied to the input /
ここで、外乱によるサージ電圧(又は電流)のパルスが印加される時間(ICに入力される時間)は、約数psecの短時間から約1msecの長時間にわたるものまである。特に、負のサージ電圧が長時間印加された場合、第1の高耐圧ダイオード62の耐圧を超えて破壊してしまい、サージを放電する経路が断たれて内部回路を保護することができないという課題があった。
Here, the time during which a pulse of surge voltage (or current) due to disturbance is applied (the time inputted to the IC) ranges from a short time of about several psec to a long time of about 1 msec. In particular, when a negative surge voltage is applied for a long time, it breaks beyond the breakdown voltage of the first high-breakdown-
また、一般に、車載用のバッテリーから供給される電圧に使用される高耐圧の半導体素子は、その電圧に耐えるようにするため、TTLレベル等の低耐圧の半導体素子に比べて素子の面積を大きくしなければならず、半導体チップの面積が増大するという課題があった。加えて、チップ面積の増大により電源配線が長くなると、電源配線インピーダンスが大きくなり、その結果、例えば高耐圧の半導体素子で構成されるサージ保護回路を1か所に配置すると、サージ保護回路との距離が短いパッドからのサージには保護効果が十分に作用する一方で、サージ保護回路から距離が離れたパッドからのサージにはサージ保護効果が減少するといった課題があった。 In general, a high-breakdown-voltage semiconductor element used for a voltage supplied from an in-vehicle battery has a larger element area than a low-breakdown-voltage semiconductor element such as a TTL level in order to withstand the voltage. There is a problem that the area of the semiconductor chip increases. In addition, when the power supply wiring becomes longer due to an increase in the chip area, the power supply wiring impedance becomes larger. As a result, for example, if a surge protection circuit composed of a high-breakdown-voltage semiconductor element is arranged at one location, While there is a sufficient protection effect against a surge from a pad with a short distance, there is a problem that the surge protection effect is reduced for a surge from a pad at a distance from the surge protection circuit.
さらに、車載用途のICでは、例えば、ICの入出力端子の最大定格が−10V以上を要求されるため、図7に示す従来技術では約−0.7V以上のDC電圧では使用できない課題もあった。 Furthermore, in the case of an in-vehicle IC, for example, the maximum rating of the input / output terminal of the IC is required to be −10 V or higher, and therefore there is a problem that the conventional technology shown in FIG. 7 cannot be used at a DC voltage of about −0.7 V or higher. It was.
そこで、本開示は、従来のこのような課題を解決して、入出力端子に負電圧が長時間印加されても、電流が流れることで発生する過剰発熱を防止でき、チップ面積の増大を伴うことなく、高いサージ耐量を確保できるサージ保護装置を提供するとともに、車載用部品に要求される定格を担保することを目的としている。 Therefore, the present disclosure solves such a conventional problem and can prevent excessive heat generation caused by current flow even when a negative voltage is applied to the input / output terminals for a long time, which increases the chip area. The purpose of the present invention is to provide a surge protection device capable of ensuring a high surge resistance without failing and to ensure the rating required for in-vehicle components.
本開示の一態様では、第1の電源端子と、前記第1の電源端子よりも低い電源電圧を受ける第2の電源端子との間に接続された内部回路の入出力端子に接続されたサージ保護装置において、第1の拡散領域、ゲート、及びバックゲートが、前記入出力端子に接続されたNチャンネル型の第1のトランジスタと、カソードが、前記第1のトランジスタの第2の拡散領域に接続され、かつ、アノードが前記第2の電源端子に接続された第1のダイオードとを備えている。 In one aspect of the present disclosure, a surge connected to an input / output terminal of an internal circuit connected between a first power supply terminal and a second power supply terminal receiving a power supply voltage lower than the first power supply terminal. In the protection device, a first diffusion region, a gate, and a back gate are connected to the input / output terminal, an N-channel first transistor, and a cathode is connected to the second diffusion region of the first transistor. And a first diode having an anode connected to the second power supply terminal.
本態様によると、入出力端子と第2の電源端子との間において、第1のトランジスタと第1のダイオードとが直列に接続されている。通常動作時において、第1のトランジスタは、第1の拡散領域−第2の拡散領域間に電圧降下がなく、OFFトランジスタとして働く。一方、入出力端子に負のサージ電圧が印加されたとき、すなわち第1のトランジスタのドレイン−ソース間にしきい値電圧以上の電圧が印加されたとき、第1のトランジスタはON状態になる。これにより、入出力端子に高電圧が印加されることを防止することができるため、内部回路が高電圧によって過剰発熱することを防止できる。また、入出力端子に負電圧が印加されたとき、すなわち第1のトランジスタのドレイン−ソース間にしきい値電圧未満の負電圧が印加されたとき、第1のトランジスタはOFF状態である。すなわち、入出力端子に負電圧が長時間印加された場合でも、電流が流れることで発生する半導体装置の過剰発熱を防止することができる。 According to this aspect, the first transistor and the first diode are connected in series between the input / output terminal and the second power supply terminal. During normal operation, the first transistor has no voltage drop between the first diffusion region and the second diffusion region, and functions as an OFF transistor. On the other hand, when a negative surge voltage is applied to the input / output terminal, that is, when a voltage higher than the threshold voltage is applied between the drain and source of the first transistor, the first transistor is turned on. Accordingly, it is possible to prevent a high voltage from being applied to the input / output terminals, and thus it is possible to prevent the internal circuit from excessively generating heat due to the high voltage. When a negative voltage is applied to the input / output terminal, that is, when a negative voltage lower than the threshold voltage is applied between the drain and source of the first transistor, the first transistor is in the OFF state. In other words, even when a negative voltage is applied to the input / output terminal for a long time, it is possible to prevent excessive heat generation of the semiconductor device that occurs due to current flow.
以上のような本開示のサージ保護装置によれば、半導体装置のチップ面積を増大させることなく、入出力端子に負電圧が長時間印加された場合でも、半導体装置の過剰発熱を防止することができる。 According to the surge protection device of the present disclosure as described above, excessive heat generation of the semiconductor device can be prevented even when a negative voltage is applied to the input / output terminal for a long time without increasing the chip area of the semiconductor device. it can.
本開示に係る実施形態について、図面を参照して詳細に説明する。
[実施例1]
図1に、本開示に係るサージ保護装置の第1の実施例を示す。
An embodiment according to the present disclosure will be described in detail with reference to the drawings.
[Example 1]
FIG. 1 shows a first embodiment of a surge protection device according to the present disclosure.
内部回路106は、直流電源101の正極端子(電源電圧はVDD)に接続された第1の電源端子としての正の電源端子102と、直流電源101の負極端子(接地電圧はVSS)に接続された第2の電源端子としての負の電源端子103との間に設けられており、半導体素子や受動素子等によって構成されている。また、内部回路106は、少なくとも1つの入出力端子と接続されている。本開示において、入出力端子とは、内部回路106への入力信号が印加される端子であり、又は、内部回路106からの信号が出力される端子である。又は、入出力端子は、内部回路106への入力信号の印加と、内部回路106からの信号出力とが選択的に実施される端子である。なお、図1では、入出力端子として、入出力端子104を代表して図示している。
The
サージ保護装置10は、正の電源端子102と入出力端子104との間に設けられた第2のダイオードとしての第2の高耐圧ダイオード13と、入出力端子104と負の電源端子103との間に設けられた負電圧対策適用のサージ保護回路105と、正の電源端子102と負の電源端子103との間に設けられたVDD−VSS間保護用のサージ保護回路107とを備えている。
The
サージ保護回路105は、第1のトランジスタとしてのNch型の低耐圧MOSトランジスタ11と、第1のダイオードとしての第1の高耐圧ダイオード12とを備えている。低耐圧MOSトランジスタ11は、第1の拡散領域としてのソース、ゲート及びバックゲートが入出力端子104に接続され、第2の拡散領域としてのドレインが第1の高耐圧ダイオード12のカソードに接続されている。第1の高耐圧ダイオード12のアノードは負の電源端子103に接続されている。11Bは、低耐圧MOSトランジスタ11の寄生ダイオードを示している。
The
サージ保護回路107は、第2のトランジスタとしてのNch型の高耐圧MOSトランジスタ14を備えている。高耐圧MOSトランジスタ14は、第1の拡散領域としてのソース、ゲート及びバックゲートが負の電源端子103に接続され、第2の拡散領域としてのドレインが正の電源端子102に接続されている。14Bは、高耐圧MOSトランジスタ14の寄生ダイオードを示している。
The
なお、本開示において、高耐圧の半導体素子(例えば、高耐圧ダイオード、高耐圧MOSトランジスタ等)とは、高電源電圧(例えば、約12V)に使用される素子を指すものとする。また、低耐圧の半導体素子(例えば、低耐圧ダイオード、低耐圧MOSトランジスタ等)とは、例えば、上記の高電源電圧から降圧した単一電源電圧(例えば、約5V)に使用される素子を指すものとする。 In the present disclosure, a high breakdown voltage semiconductor element (for example, a high breakdown voltage diode, a high breakdown voltage MOS transistor, etc.) refers to an element used for a high power supply voltage (for example, about 12 V). Moreover, a low breakdown voltage semiconductor element (for example, a low breakdown voltage diode, a low breakdown voltage MOS transistor, etc.) refers to an element used for a single power supply voltage (for example, about 5 V) stepped down from the high power supply voltage. Shall.
入出力端子104に電源電圧の範囲内(電源電圧VDD以下であり、かつ、接地電圧VSS以上)の正電圧(以下単に正電圧ともいう)が印加された場合、すなわち正常動作時におけるサージ保護装置10の動作について詳細に説明する。
When a positive voltage (hereinafter also simply referred to as a positive voltage) within the range of the power supply voltage (below the power supply voltage VDD and above the ground voltage VSS) is applied to the input /
入出力端子104に正電圧が印加された場合、第1の高耐圧ダイオード12は、逆方向バイアス状態となり、電流が遮断される。低耐圧MOSトランジスタ11のドレイン−ソース間の電圧は、寄生ダイオード11Bにより順方向ダイオード電圧(例えば0.7V)にクランプされる。そのため、入出力端子104と第1の高耐圧ダイオード12の間の電圧降下は、ほとんど無視することができる値である。したがって、低耐圧MOSトランジスタ11の有無にかかわらず、サージ保護回路105が内部回路106の動作に影響を与えることはない。
When a positive voltage is applied to the input /
図1の構成において、入出力端子104に負のサージ電圧が長時間印加される場合の動作について詳細に説明する。
1 will be described in detail when a negative surge voltage is applied to the input /
外部からの負のサージにより、低耐圧MOSトランジスタ11のドレイン−ソース間の電圧がしきい値電圧に達すると、低耐圧MOSトランジスタ11が放電経路を形成する。これにより、入出力端子104と第1の高耐圧ダイオード12のカソードとの間が低インピーダンスになる。この状態で、第1の高耐圧ダイオード12が導通するため、入出力端子104の電圧は、負の電源端子103の電圧(VSS)から、順方向ダイオード電圧(約0.7V)低い値にクランプされる。すなわち、入出力端子104に負の高電圧が印加されることを防止することができる。これにより、内部回路106が負の高電圧によって過剰発熱することを防止できる。
When the voltage between the drain and source of the low
次に、図1の構成において、入出力端子104に正のサージ電圧が長時間印加される場合の動作について詳細に説明する。
Next, the operation when a positive surge voltage is applied to the input /
外部からの正のサージにより、電源電圧VDDの範囲を超える正の高電圧が印加されると第2の高耐圧ダイオード13が導通し、正の電源端子102の電圧を上昇させる。そして、正の電源端子102の電圧が高耐圧MOSトランジスタ14のしきい値電圧に達すると、高耐圧MOSトランジスタ14により正の電源端子102と負の電源端子103との間に放電経路が形成され、正の電源端子102と負の電源端子103との間が低インピーダンスになる。すなわち、正の電源端子102と負の電源端子103との間に正の高電圧が印加されることを防止することができる。これにより、入出力端子104に印加された正の高電圧による内部回路106の過剰発熱が防止される。
When a positive high voltage exceeding the range of the power supply voltage VDD is applied due to a positive surge from the outside, the second
次に、低耐圧MOSトランジスタ11のドレイン−ソース間の電圧が耐圧未満となるような負電圧(以下、単に負電圧ともいう)が、入出力端子104に印加されたときの低耐圧MOSトランジスタ11について詳細に説明する。このとき、入出力端子104と電源電圧VDDとの間、及び入出力端子104と接地電位VSSと間にダイオードが順方向で接続される経路がないため、低耐圧MOSトランジスタ11に電流が流れることはない。そして、低耐圧MOSトランジスタ11のドレイン−ソース間の耐圧は任意に設定することが可能である。つまり、車載部品に要求される10V以上の電圧が入力されても第1の高耐圧ダイオード12は破壊を起こさず、最大定格を担保することができる。
Next, the low breakdown
また、本態様では、低耐圧MOSトランジスタ11が1つの例を示したが、この低耐圧MOSトランジスタを複数個、直列及び/又は並列に接続してもよい。
In this embodiment, one example of the low
図2にサージ保護回路105(低耐圧MOSトランジスタ11と第1の高耐圧ダイオード12)の断面図を示す。P型半導体基板214上に、N型拡散層206があり、その上に第1のP型半導体領域205Aと第2のP型半導体領域205Bが形成されている。P型半導体基板214とN型拡散層206との間における低耐圧MOSトランジスタ11及び第1の高耐圧ダイオード12の下には、それぞれ高濃度のN型拡散領域207が形成されている。低耐圧MOSトランジスタ11は、第1のP型半導体領域205Aに形成され、第1の高耐圧ダイオード12は、第2のP型半導体領域205Bに形成されている。
FIG. 2 shows a cross-sectional view of the surge protection circuit 105 (low
低耐圧MOSトランジスタ11は、第1の拡散領域としてのN型拡散領域201と、第2の拡散領域としてのN型拡散領域202とを備えている。そして、N型拡散領域201とN型拡散領域202とを跨いでゲート210が形成される。これにより、第1のP型半導体領域205A、N型拡散領域201及びゲート210が接続される。ここで、N型拡散領域201はソースとして機能し、N型拡散領域202はドレインとして機能する。そして、N型拡散領域201には、ソース電極209を形成し、N型拡散領域202には、ドレイン電極211を形成する。入出力端子104は、低耐圧MOSトランジスタ11のゲート210、バックゲート電極208及びソース電極209に接続されている。
The low breakdown
第2のP型半導体領域205Bは、N型拡散領域204と、そのN型拡散領域204の中に形成された高濃度のN型カソード領域203とを備えている。さらに、第2のP型半導体領域205Bは、N型拡散領域204から離れた位置に、高濃度のP型アノード領域215を備えている。そして、N型カソード領域203には、第1の高耐圧ダイオード12のカソード電極212を形成し、P型アノード領域215には、第1の高耐圧ダイオード12のアノード電極213を形成する。第1の高耐圧ダイオード12のカソード電極212は低耐圧MOSトランジスタ11のドレイン電極211と接続され、第1の高耐圧ダイオード12のアノード電極213は負の電源端子103に接続されている。
The second P-type semiconductor region 205B includes an N-
上述のように、低耐圧MOSトランジスタ11は、通常動作時において、ドレイン−ソース間に電圧降下がなく、OFFトランジスタとして働く一方、サージ電圧の印加時にのみ、しきい値電圧以上でON状態になる。このため、低耐圧MOSトランジスタ11のしきい値電圧は低い電圧でよく、ドレイン−ソース間に高耐圧化のための拡散領域を設ける必要がない。したがって、チップ面積の大きな増大を伴わずにサージ耐量を維持することができる。
[実施例2]
図3に、本開示に係るサージ保護装置の第2の実施例を示す。
As described above, the low breakdown
[Example 2]
FIG. 3 shows a second embodiment of the surge protection device according to the present disclosure.
本実施例では、サージ保護装置10は、正の電源端子102と負の電源端子103との間にサージ保護回路108を備えている。
In this embodiment, the
サージ保護回路108は、第2のトランジスタとしてのPch(Pチャンネル)型の高耐圧MOSトランジスタ15を備えている。高耐圧MOSトランジスタ15は、第2の拡散領域としてのドレインが負の電源端子103に接続され、第1の拡散領域としてのソース、ゲート及びバックゲートが正の電源端子102に接続されている。15Bは、高耐圧MOSトランジスタ15の寄生ダイオードを示している。
The
このように構成することにより、外部からの正のサージにより、電源電圧VDDの範囲を超える正の高電圧が印加された場合においても、高耐圧MOSトランジスタ15のしきい値電圧に達すると、正の電源端子102と負の電源端子103との間に放電経路が形成され、正の電源端子102と負の電源端子103との間が低インピーダンスになる。すなわち、入出力端子104の電圧をクランプするVDD−VSS間(正の電源端子102−負の電源端子103間)のサージ保護回路を形成することができる。なお、入出力端子104に負のサージ電圧が長時間印加される場合の動作については、実施例1と同一又は類似である。
[実施例3]
図4に、本開示に係るサージ保護装置の第3の実施例を示す。
With this configuration, even when a positive high voltage exceeding the range of the power supply voltage VDD is applied due to a positive surge from the outside, when the threshold voltage of the high
[Example 3]
FIG. 4 shows a third embodiment of the surge protection device according to the present disclosure.
本実施例では、サージ保護装置10は、正の電源端子102と負の電源端子103との間にサージ保護回路109を備えている。
In the present embodiment, the
サージ保護回路109は、Nch型の高耐圧MOSトランジスタ14と、高耐圧MOSトランジスタ14のゲート−ソース間に設けられた抵抗素子16とを備えている。高耐圧MOSトランジスタ14は、ドレインが正の電源端子102に接続され、ソース及びバックゲートが負の電源端子103に接続されている。
The
このように構成することにより、高耐圧MOSトランジスタ14のドレイン−ソース間電圧がしきい値電圧以上になったとき、図1の構成に比べてゲートーソース間電圧を大きくすることができる。そのため、サージ保護回路109は、図1の構成と比較して、より大きい電流を流すVDD−VSS間(正の電源端子102−負の電源端子103間)のサージ保護を実現することができる。
[実施例4]
図5に、本開示に係るサージ保護装置の第4の実施例を示す。
With this configuration, when the drain-source voltage of the high
[Example 4]
FIG. 5 shows a fourth embodiment of the surge protection device according to the present disclosure.
本実施例では、サージ保護装置10は、正の電源端子102と負の電源端子103の間にサージ保護回路110を備えている。
In this embodiment, the
サージ保護回路110は、Pch型の高耐圧MOSトランジスタ15と、高耐圧MOSトランジスタ15のゲート−ソース間に設けられた抵抗素子17とを備えている。高耐圧MOSトランジスタ15は、ドレインが負の電源端子103に接続され、ソース及びバックゲートが正の電源端子102に接続されている。
The
このように構成することにより、高耐圧MOSトランジスタ15のドレイン−ソース間の電圧がしきい値電圧以上になったとき、図3の構成に比べてゲート−ソース間電圧を大きくすることができる。そのため、サージ保護回路110は、図3の構成と比較して、より大きい電流を流すVDD−VSS間(正の電源端子102−負の電源端子103間)のサージ保護を実現することができる。
With this configuration, when the voltage between the drain and source of the high
なお、上述の各実施例において、入出力端子104に印加される直流負電圧の大きさに応じて、入出力端子104と第1の高耐圧ダイオード12のカソードとの間において、低耐圧MOSトランジスタ11を2個以上の直列接続をすることにより、ドレイン−ソース間の耐圧を2倍以上に大きくしてもかまわない。
[実施例5]
図6に上述の実施例1〜4におけるサージ保護装置の第5の実施例を示す。
In each of the above-described embodiments, a low breakdown voltage MOS transistor is provided between the input /
[Example 5]
FIG. 6 shows a fifth embodiment of the surge protection device in the first to fourth embodiments.
本実施例は、サージ保護装置、パッド、内部回路を有する半導体装置(例えば、IC)のレイアウトの一例である。 This embodiment is an example of a layout of a semiconductor device (for example, IC) having a surge protection device, a pad, and an internal circuit.
半導体装置は、正の電源端子102に接続されるパッドPAD1と、入出力端子104に接続されるパッドPAD2と、負の電源端子103に接続されるパッドPAD3とを備えている。入出力端子104近傍には、第2の高耐圧ダイオード13と、負電圧対策適用のサージ保護回路105とがレイアウトされている。また、ICの内部には内部回路106がレイアウトされている。正の電源端子102と負の電源端子103との間にはVDD−VSS間保護用のサージ保護回路107が複数個(図6では3個)設けられている。
The semiconductor device includes a pad PAD1 connected to the positive
ここで、半導体装置上に配置された各サージ保護回路107と上記の各パッドPAD1〜PAD3との間を接続する配線は、そのインピーダンスができる限り最小になるように配線する。これにより、各パッドPAD1〜PAD3からのサージが入力されると、各パッドPAD1〜PAD3と各サージ保護回路107のゲート端子との間のインピーダンスが最小になる。これにより、配線による電圧降下が最小となり、サージ保護回路107のゲート端子が動作するのに十分な電圧が印加されて、保護効果をより有効に発揮することができる。
Here, the wiring connecting the respective
なお、図6では、代表して3つのパッドPAD1〜PAD3のみを図示しているが、通常、半導体装置(IC)にはより多くのパッドと、回路(内部回路等)が含まれる。また、図6において、サージ保護回路107に代えて、サージ保護回路108,109,110を用いても、同一又は類似の効果が得られる。
In FIG. 6, only three pads PAD1 to PAD3 are shown as representatives. However, normally, a semiconductor device (IC) includes more pads and circuits (internal circuits and the like). In FIG. 6, the same or similar effect can be obtained by using
(その他の実施例)
以上、本出願において開示する技術の例示として、実施例を説明した。しかしながら本開示における技術はこれに限定されず、適宜、変更、置き換え、付加、省略などを行った実施例にも適用可能である。以下、その他の実施例を例示する。
(Other examples)
The embodiment has been described above as an example of the technique disclosed in the present application. However, the technology in the present disclosure is not limited to this, and can be applied to embodiments in which changes, replacements, additions, omissions, and the like are appropriately made. Hereinafter, other examples are illustrated.
例えば、図1において、VDD−VSS間保護用のサージ保護回路107は、省いてもかまわない。ただし、VDD−VSS間を保護する目的を有する場合、サージ保護回路107があった方が好ましい。
For example, in FIG. 1, the
同様に、図3〜図5において、VDD−VSS間保護用のサージ保護回路108,109,110はそれぞれ省いてもかまわない。ただし、VDD−VSS間を保護する目的を有する場合、サージ保護回路108,109,110があった方が好ましい。
Similarly, in FIG. 3 to FIG. 5, the
また、図1において、第2の高耐圧ダイオード13およびサージ保護回路107は、省いてもかまわない。ただし、正のサージ電圧を保護する目的を有する場合、第2の高耐圧ダイオード13およびサージ保護回路107があった方が好ましい。
In FIG. 1, the second
また、図1において、サージ保護回路107の高耐圧MOSトランジスタ14に代えて低耐圧のMOSトランジスタを用いてもかまわない。ただし、VDD−VSS間のサージ保護能力を確保するためには、サージ保護回路107に高耐圧MOSトランジスタを用いた方が好ましい。
In FIG. 1, a low breakdown voltage MOS transistor may be used in place of the high breakdown
入出力端子に負電圧が長時間印加されても、過剰発熱を防止でき、半導体装置のチップ面積の増大を伴うことなく、高いサージ耐量を確保できるサージ保護回路を提供することができるため、車載用途の電装部品等の高電圧のバッテリー等に接続されて使用される半導体装置等に有用である。 Even if a negative voltage is applied to the input / output terminals for a long time, it is possible to provide a surge protection circuit that can prevent excessive heat generation and ensure high surge resistance without increasing the chip area of the semiconductor device. It is useful for a semiconductor device or the like that is used by being connected to a high-voltage battery or the like such as an electrical component for use.
10 サージ保護装置
11 低耐圧MOSトランジスタ(第1のトランジスタ)
12 第1の高耐圧ダイオード(第1のダイオード)
13 第2の高耐圧ダイオード(第2のダイオード)
14 高耐圧MOSトランジスタ(第2のトランジスタ)
15 高耐圧MOSトランジスタ(第2のトランジスタ)
16 抵抗素子
17 抵抗素子
102 正の電源端子(第1の電源端子)
103 負の電源端子(第2の電源端子)
104 入出力端子
106 内部回路
10
12 1st high voltage | pressure-resistant diode (1st diode)
13 Second high voltage diode (second diode)
14 High voltage MOS transistor (second transistor)
15 High voltage MOS transistor (second transistor)
16 resistance element 17
103 Negative power supply terminal (second power supply terminal)
104 I / O terminal 106 Internal circuit
Claims (9)
第1の拡散領域、ゲート、及びバックゲートが、前記入出力端子に接続されたNチャンネル型の第1のトランジスタと、
カソードが、前記第1のトランジスタの第2の拡散領域に接続され、かつ、アノードが前記第2の電源端子に接続された第1のダイオードとを備えている
ことを特徴とするサージ保護装置。 A surge protection device connected to an input / output terminal of an internal circuit connected between a first power supply terminal and a second power supply terminal receiving a power supply voltage lower than the first power supply terminal;
An N-channel first transistor having a first diffusion region, a gate, and a back gate connected to the input / output terminal;
A surge protection device comprising: a first diode having a cathode connected to a second diffusion region of the first transistor and an anode connected to the second power supply terminal.
カソードが前記第1の電源端子に接続され、アノードが前記入出力端子に接続された第2のダイオードを備えている
ことを特徴とするサージ保護装置。 The surge protection device according to claim 1,
A surge protection device comprising: a second diode having a cathode connected to the first power supply terminal and an anode connected to the input / output terminal.
第1の拡散領域、ゲート及びバックゲートが前記第2の電源端子に接続され、かつ、第2の拡散領域が前記第1の電源端子に接続されたNチャンネル型の第2のトランジスタを備えている
ことを特徴とするサージ保護装置。 The surge protection device according to claim 2,
A first diffusion region, a gate and a back gate are connected to the second power supply terminal, and a second diffusion region is provided with an N-channel type second transistor connected to the first power supply terminal. A surge protection device characterized by comprising:
第2の拡散領域が前記第2の電源端子に接続され、かつ、第1の拡散領域、ゲート及びバックゲートが前記第1の電源端子に接続されたPチャンネル型の第2のトランジスタを備えている
ことを特徴とするサージ保護装置。 The surge protection device according to claim 2,
A P-channel type second transistor having a second diffusion region connected to the second power supply terminal and a first diffusion region, a gate, and a back gate connected to the first power supply terminal; A surge protection device characterized by comprising:
前記第2のトランジスタのゲートと第1の拡散領域との間に接続された抵抗素子をさらに備える
ことを特徴とするサージ保護装置。 The surge protection device according to claim 3,
The surge protection device further comprising a resistance element connected between the gate of the second transistor and the first diffusion region.
前記第2のトランジスタのゲートと第1の拡散領域との間に接続された抵抗素子をさらに備える
ことを特徴とするサージ保護装置。 The surge protection device according to claim 4,
The surge protection device further comprising a resistance element connected between the gate of the second transistor and the first diffusion region.
前記第1のトランジスタにおける前記第2の拡散領域と前記第1の拡散領域との間のしきい値電圧が、前記第2のトランジスタにおける前記第2の拡散領域と前記第1の拡散領域との間のしきい値電圧よりも低い
ことを特徴とするサージ保護装置。 In the surge protection device according to claim 3 or 5,
The threshold voltage between the second diffusion region and the first diffusion region in the first transistor is a threshold voltage between the second diffusion region and the first diffusion region in the second transistor. Surge protector characterized by being lower than the threshold voltage between.
前記第1のトランジスタにおける前記第2の拡散領域と前記第1の拡散領域との間のしきい値電圧が、前記第2のトランジスタにおける前記第2の拡散領域と前記第1の拡散領域との間のしきい値電圧よりも低い
ことを特徴とするサージ保護装置。 The surge protection device according to claim 4 or 6,
The threshold voltage between the second diffusion region and the first diffusion region in the first transistor is a threshold voltage between the second diffusion region and the first diffusion region in the second transistor. Surge protector characterized by being lower than the threshold voltage between.
前記第1の拡散領域はソースであり、前記第2の拡散領域はドレインである
ことを特徴とするサージ保護装置。
The surge protection device according to claim 1,
The surge protection device according to claim 1, wherein the first diffusion region is a source and the second diffusion region is a drain.
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2013233830A JP2015095541A (en) | 2013-11-12 | 2013-11-12 | Surge protector |
Applications Claiming Priority (1)
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| JP2013233830A JP2015095541A (en) | 2013-11-12 | 2013-11-12 | Surge protector |
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| Country | Link |
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Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN113035860A (en) * | 2019-12-24 | 2021-06-25 | 艾普凌科有限公司 | Electrostatic protection circuit and semiconductor device |
| JP7596236B2 (en) | 2020-12-25 | 2024-12-09 | 株式会社東芝 | Semiconductor Device |
-
2013
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