集成电路的制作方法

1.本发明涉及集成电路。

背景技术：

2.存在用于内燃机的点火装置的集成电路(例如，参照专利文献1～8)。现有技术文献专利文献
3.专利文献1：日本专利特开2001-153012号公报专利文献2：日本专利特开2002-371945号公报专利文献3：日本专利特开2008-045514号公报专利文献4：日本专利特开2006-037822号公报专利文献5：日本专利特开2014-013796号公报专利文献6：日本专利特开2016-035220号公报专利文献7：日本专利第5181834号公报专利文献8：日本专利特开2018-007539号公报

技术实现要素：

发明所要解决的技术问题
4.然而，在集成电路中，在单个芯片内包含igbt(insulated gate bipolar transistor：绝缘栅双极型晶体管)以及控制igbt的通断的控制电路。而且，控制电路以连接到igbt的栅极电极的线路电压作为电源电压进行动作。在这样的控制电路中，当线路上叠加有噪声、线路的电压电平发生变动时，可能会导致控制电路进行误动作，使得igbt不能适当地通断。
5.本发明是鉴于上述那样的现有问题而完成的，其目的在于，提供一种能够适当地使晶体管通断的集成电路。用于解决技术问题的技术手段
6.用于解决上述技术问题的本发明所涉及的集成电路包括：晶体管，该晶体管控制流过线圈的电流；控制电路，该控制电路基于与所述晶体管的控制电极连接的第一线路的电压电平，控制所述晶体管的通断；以及齐纳二极管，该齐纳二极管的阴极与所述第一线路连接，阳极与连接到所述晶体管的接地侧电极的第二线路连接，所述齐纳二极管具有规定容量，使得当用于控制所述晶体管的第一信号和高于所述第一信号的频率的规定频率的第二信号被输入到所述第一线路时，所述控制电路能够基于所述第一信号而与所述第二信号无关地对所述晶体管的通断进行控制。发明效果
7.根据本发明，能够提供一种能适当地使晶体管通断的集成电路。
附图说明
8.图1是示出点火器10的一个示例的图。图2是用于说明集成电路11的详细的图。图3是示出驱动信号vdr上叠加噪声时的接线图的一个示例的图。图4是示出被低通滤波器衰减的噪声的一个示例的图。图5是示出当噪声叠加在低电平的驱动信号vdr上时施加到第一线路ln1的输入电压vin的一个示例的图。图6是示出当噪声叠加在高电平的驱动信号vdr上时施加到第一线路ln1的输入电压vin的一个示例的图。
具体实施方式
9.根据本说明书及附图的记载，至少明确了以下事项。＝＝＝＝＝本实施方式＝＝＝＝＝＜＜＜单芯片点火器＞＞＞图1是示出本发明的一实施方式即点火器10的一个示例的图。点火器10是用于后述的点火装置20的半导体模块。点火器10是一种单芯片点火器，具有栅极(g)端子，集电极(c)端子和发射极(e)端子(以下分别设为“g端子”、“c端子”、“e端子”)，包含集成电路11。
10.g端子通过导线12与形成在集成电路11的表面上的igbt(后述)的栅极电极连接，e端子通过导线13与同样形成在集成电路11的表面上的igbt的发射极电极连接。另外，c端子与形成在集成电路11的背面的ibgt的集电极电极(未图示)连接。后面将详细阐述集成电路11与g端子、c端子和e端子之间的关系。另外，与g端连接的栅极电极相当于“控制电极”。
11.＜＜＜集成电路11的结构的一个示例＞＞＞图2是用于说明集成电路11的详细的图。集成电路11基于来自后述的ecu(electronic control unit：电子控制单元)21的驱动信号vdr来控制后述的igbt33的通断。
12.集成电路11构成为包含齐纳二极管30、控制电路31、nmos晶体管32、35、38、igbt33、保护电路34、限制电路36和电阻37。齐纳二极管30设置在点火器10的g端子与e端子之间。
13.齐纳二极管30的阴极连接到与g端子连接的第一线路ln1，齐纳二极管30的阳极连接到与igbt33的发射极电极(即接地侧的电极)连接的第二线路ln2。另外，在输入到第一线路ln1的输入电压vin超过齐纳二极管30的击穿电压vzd(例如7v)时，齐纳二极管30将输入电压vin钳位到击穿电压vzd。
14.另一方面，当输入电压vin超过齐纳二极管30的正向电压vf而变为负电压时，齐纳二极管30导通，将输入电压vin变为降低了齐纳二极管30的正向电压vf的量的负电压。另外，虽然将在后面详细阐述，但齐纳二极管30具有结电容cb。
15.＜＜控制电路31＞＞控制电路31是基于输入到第一线路ln1的输入电压vin的电压电平来控制igbt33的通断的电路。具体而言，当输入电压vin超过阈值电压vthh(例如2.8v)时，控制电路31断开nmos晶体管32。当nmos晶体管32断开时，栅极电压vg变为输入电压vin，igbt33导通。另
外，阈值电压vthh高于igbt33的阈值电压vth(例如1.5v)。
16.另外，当输入电压vin低于阈值电压vthl(例如2.5v)时，导通nmos晶体管，其中，阈值电压vthl比阈值电压vthh要低。当nmos晶体管32导通时，栅极电压vg成为接地电压，igbt33断开。由此，控制电路31基于输入电压vin的电平，通过使nmos晶体管32导通、断开来控制igbt33的状态。
17.另外，在本实施方式中，控制电路31构成为包含例如将阈值电压vthh设为阈值电压的逆变器(未图示)、将阈值电压vthl设为阈值电压的逆变器(未图示)、以及其他电路元件。另外，阈值电压vthh相当于“第一电平”，阈值电压vthl相当于“第二电平”。
18.＜＜igbt33＞＞igbt33是控制流过后述点火线圈22的电流的开关元件。本实施方式的igbt33包含电流检测用的感测igbt。而且，流过感测igbt的电流对应于流过igbt33的集电极电流ic，经由后述电阻37流向点火器10的e端子。
19.＜＜保护电路34＞＞保护电路34是防止igbt33被热量破坏的电路。具体而言，保护电路34形成在集成电路11中，基于作为温度传感器而发挥作用的二极管(未图示)的输出，检测igbt33的温度，当igbt33的温度高于规定温度时，断开igbt33。
20.然而，igbt33导通，电流流过igbt33，从而igbt33的温度上升。因此，保护电路34需要在igbt33导通之前动作。因此，当输入电压vin的电压电平成为低于阈值电压vthh的规定电平时，本实施方式的保护电路34检测igbt33的温度是否为规定温度以上。
21.当输入电压vin超过阈值电压vthh、igbt33的温度超过规定温度时，保护电路34输出栅极电压vg即电压vp，使nmos晶体管35导通。当nmos晶体管35导通时，栅极电压vg成为接地电压，igbt33断开。由此，流过igbt33的电流变为零，因此保护电路34能够抑制igbt33的温度上升。因此，当igbt33导通时，如果igbt33的温度超过规定温度，则保护电路34能够断开igbt33。其结果是，保护电路34能够可靠地防止igbt33被热量破坏。
22.＜＜限制电路36＞＞限制电路36是对流过igbt33的电流进行限制的电路。具体而言，限制电路36检测流过igbt33的集电极电流是否为规定(例如，13a)以上，并进行限制以使得流过igbt33的集电极电流不为规定以上。
23.然而，为了限制流过igbt33的集电极电流，限制电路36需要在igbt33导通之前动作。因此，当输入电压vin的电压电平成为低于阈值电压vthh的规定电平时，本实施方式的限制电路36基于在电阻37中产生的电压，检测流过igbt33的集电极电流。
24.当集电极电流为规定以上时，限制电路36输出电压vr，以降低igbt33的栅极电压vg从而减小集电极电流，并控制nmos晶体管38。由此，限制电路36将集电极电流限制在规定电流。其结果是，限制电路36能够限制集电极电流，以使得当igbt33导通时集电极电流不为规定以上。
25.＜＜＜点火装置20的详细＞＞＞点火装置20是用于点燃内燃机气缸内的燃烧气体的装置。另外，点火装置20构成为包含点火器10、点火线圈22、直流电源23和火花塞24。
26.点火装置20通过点火器10的g端子来接收来自ecu21的驱动信号vdr，并将火花塞
24进行放电。
27.首先，当ecu21输出高电平(以下称为“h”电平，例如5v)的驱动信号vdr时，与g端子连接的第一线路ln1的电压电平上升，igbt33导通。然后，点火器10的c端子的电压下降。由此，来自直流电源23的直流电压vdc(例如，14v)施加到点火线圈22的初级线圈l1，电流流过初级线圈l1。另外，igbt33相当于“晶体管”，初级线圈l1相当于“线圈”。
28.接着，当ecu21输出低电平(以下称为“l”电平，例如接地电压)的驱动信号vdr时，第一线路ln1的电压电平下降，igbt33断开。然后，流过线圈l1的电流急剧减小，初级线圈l1的两端电压急剧变大。另外，点火线圈22的次级线圈l2的两端电压也增加到几十kv(例如30kv)，并且次级线圈l2的两端电压施加到火花塞24。此外，由于火花塞24在施加有约10kv以上的电压时放电，因此，当ecu21输出“h”电平的驱动信号vdr后输出“l”电平的驱动信号vdr时，火花塞24放电。
29.另外，点火器10搭载于车辆上，用于点燃内燃机气缸内的燃烧气体。另外，车辆上除了点火器10以外还搭载有微机、各种电子电路。因此，由于来自电子电路的辐射噪声，在驱动信号vdr上叠加有噪声，g端子的电压电平有时会发生变动。假设在叠加在驱动信号vdr上的噪声的电平非常大的情况下，点火器10的集成电路11中的控制电路31等基于g端子的电压电平或栅极电压vg动作，因此有时会发生误动作并错误地控制igbt33的通断。
30.＜＜＜噪声叠加在驱动信号vdr上的示例＞＞＞图3是示出驱动信号vdr上叠加噪声时的接线图的一个示例的图。例如，在节点a处向来自未图示的ecu21的驱动信号vdr注入成为噪声的电流。在驱动信号vdr上叠加了噪声的输入电压vin经由g端子而输入到第一线路ln1。另外，驱动信号vdr相当于“第一信号”，噪声相当于“第二信号”。
31.点火器10接收输入电压vin，基于输入电压vin的电压电平来进行动作。如图2所示，点火线圈22等连接到点火器10的c端子。另外，点火器10的e端子被接地。
32.在图3中，将节点a和点火器10之间的布线40的距离设为距离la。这里，设为在将噪声从节点a传输到齐纳二极管30的阴极的布线40上存在寄生电阻rp和寄生电感lp。另外，从点火器10的g端子到齐纳二极管30的阴极之间的距离与距离la相比足够短。因此，在本实施方式中，忽略了从g端子到齐纳二极管30的阴极的布线的寄生分量。另外，布线40相当于“线路”。
33.此外，若考虑齐纳二极管30具有的结电容cb，则结电容cb与布线的寄生电阻rp和寄生电感lp一起构成低通滤波器。另外，由于寄生电阻rp足够小，因此当忽略其影响时，若将寄生电感lp的电感值设为lp，将结电容cb的电容值设为cb，则用于去除噪声的低通滤波器的截止频率fc成为fc＝1/(2π√lpcb)。另外，电容值cb相当于“规定的电容值”。
34.另外，“结电容cb”是指由齐纳二极管30的pn结部分中产生的耗尽层所提供的电容，由于施加到齐纳二极管30的反向电压越大，耗尽层越宽，因此结电容cb的电容值cb越小。
35.此外，在本实施方式中，驱动信号vdr的频率例如是60hz，并且噪声的频带例如是30mhz～400mhz。因此，用于使噪声衰减的截止频率fc可以设为比噪声频带的最低频率即30mhz要低的频率。这里，如果将电感值lp设为0.22μh，则当截止频率fc为低于30mhz的频率时，电容值cb为128pf。
36.此外，施加到第一线路ln1的电压的最大值是齐纳二极管30的击穿电压vzd。因此，为了使控制电路31能够基于驱动信号vdr而与噪声无关地控制igbt33的通断，输入电压vin大于等于击穿电压vzd时的齐纳二极管30的结电容cb大于等于130pf即可。另外，噪声频率相当于“规定频率”。
37.图4是示出被低通滤波器衰减的噪声的一个示例的图。在图4中，如点线所示，噪声是具有规定频率和振幅的正弦波。另外，驱动信号vdr的电压电平是由虚线表示的电压voffset。当在图3的节点a处驱动信号vdr上叠加噪声时，在没有齐纳二极管30的情况下，如图4的点线所示，输入电压vin以电压voffset为中心发生变动。
38.另外，在节点a处所重叠的噪声的分量被由寄生电阻rp、寄生电感lp、结电容cb构成的低通滤波器衰减。如果考虑齐纳二极管30的结电容cb而不考虑击穿电压vzd和正向电压vf，则输入电压vin如实线所示。因此，通过适当地设定结电容cb的电容值cb，叠加在驱动信号vdr上的噪声的影响被降低。
39.此外，如图2中说明的那样，齐纳二极管30将输入电压vin维持在击穿电压vzd和降低了正向电压vf的量的负电压之间。因此，噪声分量被衰减后的输入电压vin被限制在由齐纳二极管30限制的电压范围内，因此，能降低噪声对控制电路31的动作的影响。此外，为了使得像这样进行动作，齐纳二极管30的击穿电压vzd决定为高于“h”电平的驱动信号vdr的电压电平、低于噪声的振幅。
40.＜＜＜噪声叠加在驱动信号vdr上时的第一线路ln1的电压＞＞＞图5是示出当噪声叠加在“l”电平的驱动信号vdr上时施加到第一线路ln1的电压的一个示例的图。在图5中，描绘成正弦波状的点线表示噪声，虚线表示驱动信号vdr。另外，其他点线从上至下分别表示击穿电压“vzd”、“h”电平的驱动信号vdr的电压即“5v”、阈值电压“vthh”、“l”电平的驱动信号vdr的电压即“0v(接地电压)”、以及负电压侧的电压
“‑
vf”。另外，实线表示第一线路ln1的电压，单点划线表示第一线路ln1的电压的平均值“vm”。
41.在时刻ta之前，噪声被衰减后的输入电压vin以0v为中心呈正弦波状变动。当输入电压vin从0v上升并且成为齐纳二极管30的击穿电压vzd时，施加到第一线路ln1的电压被钳位到击穿电压vzd。因此，超过击穿电压vzd的输入电压vin不施加到第一线路ln1。当输入电压vin降低并且低于击穿电压vzd时，施加到第一线路ln1的电压成为输入电压vin。
42.当输入电压vin降低并且齐纳二极管30导通时，施加到第一线路ln1的电压以齐纳二极管30的正向电压vf的程度变为负电压。因此，成为比正向电压vf的程度负得更厉害的负电压的输入电压vin不施加到第一线路ln1。此外，当输入电压vin上升并超过正向电压vf的量的负电压时，施加到第一线路ln1的电压成为输入电压vin。
43.因此，第一线路ln1的电压电平的平均值“vm”处于由齐纳二极管30限制的电压范围内，不会超过控制电路31的阈值电压vthh。因此，即使噪声叠加在“l”电平的驱动信号vdr上，通过齐纳二极管30的击穿电压vzd和结电容cb的作用，igbt33的误导通也会被抑制。
44.此外，在时刻ta之后，ecu21输出“h”电平的驱动信号vdr。此外，即使在时刻ta之后，噪声也被叠加在驱动信号vdr上，但是为了方便，这里省略了。另外，通过图6说明在时刻ta之后的动作。
45.图6是示出当噪声叠加在“h”电平的驱动信号vdr上时施加到第一线路ln1的电压的一个示例的图。除了用点线所示的阈值电压“vthl”之外，图6中的各条线与图5中的各条
线相同。
46.在时刻tb之前，噪声被衰减后的输入电压vin以5v为中心呈正弦波状变动。当输入电压vin从5v上升并且成为齐纳二极管30的击穿电压vzd时，施加到第一线路ln1的电压被钳位到击穿电压vzd。因此，超过击穿电压vzd的输入电压vin不施加到第一线路ln1。当输入电压vin降低并且低于击穿电压vzd时，施加到第一线路ln1的电压成为输入电压vin。
47.当输入电压vin降低并且齐纳二极管30导通时，施加到第一线路ln1的电压以齐纳二极管30的正向电压vf的程度变为负电压。因此，成为比正向电压vf的程度负得更厉害的负电压的输入电压vin不施加到第一线路ln1。此外，当输入电压vin上升并超过正向电压vf的量的负电压时，施加到第一线路ln1的电压成为输入电压vin。
48.因此，第一线路ln1的电压电平的平均值“vm”处于由齐纳二极管30限制的电压范围内，不会低于控制电路31的阈值电压vthl。因此，即使噪声叠加在“h”电平的驱动信号vdr上，通过齐纳二极管30的击穿电压vzd和结电容cb的作用，igbt32的误导通也会被抑制。
49.此外，在时刻tb之后，ecu21输出“l”电平的驱动信号vdr。此外，与图5同样地，即使在时刻tb之后，噪声也被叠加在驱动信号vdr上，但是为了方便，这里省略了。另外，在时刻tb之后的动作如图5说明的那样。
50.此外，假设齐纳二极管30的击穿电压vzd较高，则上述第一线路ln1的电压的平均值“vm”变高，即使ecu21输出接地电压的驱动信号vdr，igbt33也会被误导通。因此，为了将平均值“vm”抑制得较低，并且防止从本实施方式的ecu21输出的5v的驱动信号vdr被击穿电压vzd钳位，在本实施方式中，击穿电压vzd优选设定为6～8v。此外，当齐纳二极管30由多级齐纳二极管构成时，齐纳二极管30的电容值cb变小，因此，优选齐纳二极管30由一级齐纳二极管构成。
51.＝＝＝总结＝＝＝以上，对本实施方式的点火器10进行了说明。点火器10的集成电路11包括齐纳二极管30、控制电路31和igbt33。齐纳二极管30具有电容值cb，使得当在驱动信号vdr上叠加了噪声的输入电压vin输入到g端子时，能够基于驱动信号vdr控制igbt33的通断。此外，通过齐纳二极管30的击穿电压vzd和结电容cb的作用，即使输入了在驱动信号vdr上叠加了噪声的输入电压vin，集成电路11也能够对将igbt33误通断的情况进行抑制。因此，能够提供一种能适当地使晶体管通断的集成电路。
52.另外，由寄生电阻rp、寄生电感lp和结电容cb构成的低通滤波器的截止频率fc低于噪声的频率。由此，通过适当地设定齐纳二极管30的结电容cb的电容值cb，从而能够减少叠加在输入电压vin上的噪声分量。
53.此外，结电容cb的电容值cb大于等于130pf。由此，车辆中的、由根据从ecu21到点火器10的布线的距离la而求出的寄生电阻rp、寄生电感lp和齐纳二极管30的结电容cb构成的低通滤波器能够充分降低输入电压vin的噪声分量。
54.此外，齐纳二极管30的击穿电压vzd高于“h”电平的驱动信号vdr的电压电平，低于噪声的振幅。由此，由于超出被齐纳二极管30限制的电压范围的输入电压vin没有被输入到第一线路ln1，因此，与仅通过结电容cb使噪声衰减相比，igbt33的误动作能够得到抑制。
55.此外，当第一线路ln1的电压电平高于阈值电压vthh时，控制电路31导通igbt33，当第一线路ln1的电压电平低于阈值电压vthl时，控制电路31断开igbt33。由此，当输入电
压vin成为低于阈值电压vthh的规定电平时，控制电路31对例如保护电路34、限制电路36开始动作的情况进行抑制。
56.另外，限制电路36对流过igbt33的集电极电流进行限制。由此，限制电路36能够将当igbt33导通时以规定斜率增加的集电极电流限制为规定值。
57.此外，当igbt33的温度上升时，保护电路34断开igbt33。由此，不仅能抑制igbt33的温度变高，还能够抑制点火器10的温度变高。
58.上述实施方式是为了便于理解本发明，而不是为了限定地解释本发明。另外，本发明可以在不脱离其主旨的情况下进行变更或改进，并且本发明当然包含其等同发明。标号说明
59.10
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点火器11
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集成电路12、13 导线20
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点火装置22
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点火线圈23
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直流电源24
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火花塞30
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齐纳二极管31
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控制电路34
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保护电路35、38 nmos晶体管36
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限制电路37
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电阻。

技术特征：

1.一种集成电路，其特征在于，包括：晶体管，该晶体管控制流过线圈的电流；控制电路，该控制电路基于与所述晶体管的控制电极连接的第一线路的电压电平，控制所述晶体管的通断；以及齐纳二极管，该齐纳二极管的阴极与所述第一线路连接，阳极与连接到所述晶体管的接地侧电极的第二线路连接，所述齐纳二极管具有规定容量，使得当用于控制所述晶体管的第一信号和高于所述第一信号的频率的规定频率的第二信号被输入到所述第一线路时，所述控制电路能够基于所述第一信号而与所述第二信号无关地对所述晶体管的通断进行控制。2.如权利要求1所述的集成电路，其特征在于，基于将所述第二信号传输到所述阴极的线路和所述规定容量的截止频率比所述规定频率要低。3.如权利要求1或2所述的集成电路，其特征在于，所述规定容量为130pf以上。4.如权利要求1至3中任一项所述的集成电路，其特征在于，所述齐纳二极管的击穿电压高于导通所述晶体管时的所述第一信号的电平，低于所述第二信号的振幅。5.如权利要求1至4中任一项所述的集成电路，其特征在于，所述控制电路在所述第一线路的电压电平高于第一电平时导通所述晶体管，在所述第一线路的电压电平低于第二电平时断开所述晶体管。6.如权利要求5所述的集成电路，其特征在于，包括限制电路，当所述第一线路的电压电平成为低于所述第一电平的规定电平时，该限制电路检测所述晶体管的电流是否为规定以上，当所述晶体管的电流为规定以上时，该限制电路控制所述晶体管以使得所述晶体管的电流减小。7.如权利要求5或6所述的集成电路，其特征在于，包括保护电路，当所述第一线路的电压电平成为低于所述第一电平的规定电平时，该保护电路检测所述晶体管的温度是否为规定以上，当所述晶体管的温度为规定以上时，该保护电路断开所述晶体管。8.如权利要求1至7中任一项所述的集成电路，其特征在于，所述集成电路是点火器。

技术总结

提供一种能适当地使晶体管通断的集成电路。集成电路包括：晶体管，该晶体管控制流过线圈的电流；控制电路，该控制电路基于与所述晶体管的控制电极连接的第一线路的电压电平，控制所述晶体管的通断；以及齐纳二极管，该齐纳二极管的阴极与所述第一线路连接，阳极与连接到所述晶体管的接地侧电极的第二线路连接，所述齐纳二极管具有规定容量，使得当用于控制所述晶体管的第一信号和高于所述第一信号的频率的规定频率的第二信号被输入到所述第一线路时，所述控制电路能够基于所述第一信号而与所述第二信号无关地对所述晶体管的通断进行控制。控制。控制。