具有集成温度和电流感测电路的功率开关制造技术

本公开涉及具有集成温度和电流感测电路的功率开关。例如，一种集成电路包括：功率开关，包括电流路径和电流感测节点；以及温度感测电路，内部地耦合在电流路径和电流感测节点之间。

Power Switch with Integrated Temperature and Current Sensing Circuit

【技术实现步骤摘要】
具有集成温度和电流感测电路的功率开关
本专利技术总体上涉及一种用于具有集成温度和电流感测电路的功率开关的系统和方法。
技术介绍
功率半导体器件是可被用作用于功率电子器件的开关或整流器的半导体器件。功率半导体器件(可称为功率器件)通常被形成为集成电路(“IC”)，以制造出功率IC。功率器件的应用非常广泛，并且技术的进步进一步增加了可能应用的数量，具体是在功率IC领域。功率器件最常用作功率开关，以便在导通模式(ON)或非导通模式(OFF)下操作。通常，功率器件用于阻止向负载提供大电压或者横跨负载提供大电压。一些常见的功率器件是功率二极管、晶闸管、功率金属氧化物半导体场效应晶体管(“MOSFET”)和绝缘栅型双极晶体管(“IGBT”)。由于增加的电流或电压通常与功率器件相关联，所以功率器件通常进行结构化设计，以便适应更高的电流密度、更高的功耗或更高的击穿电压。例如，功率器件通常采用垂直结构来构建，并且具有与器件面积成比例的额定电流以及与衬底中的器件的高度或厚度相关的电压阻挡能力。对于垂直功率器件，与横向非功率器件相比，一个器件端子被定位在半导体管芯的底部。功率器件有时包括电流和温度感测机制，以监控过流或过温操作条件。这种感测机制的输出可以被传送给其他控制和保护电路，用于控制一个或多个功率器件的操作。当检测到过流或过温操作条件时，这种控制和保护电路进行操作以禁用功率器件。
技术实现思路
根据一个实施例，一种集成电路包括：功率开关，包括电流路径和电流感测节点；以及温度感测电路，内部地耦合在电流路径和电流感测节点之间。附图说明为了更完整地理解本专利技术及其优点，现在结合附图进行以下描述，其中：图1A是根据一个实施例的具有电流感测和温度感测电路的功率开关(在本示例中绘制为具有反并联二极管的IGBT)的示意图；图1B是图1A的功率开关的功率开关布线的平面图；图1C是根据一个实施例的功率开关和温度感测电路的示意图；图1D是在辅助和负载发射极之间具有较高电感的功率开关的示意图，其在瞬态负载切换事件中显示出电气过应力(“EOS”)事件；图1E是根据一个实施例的功率开关(在本示例中使用MOSFET晶体管绘制)的示意图，但是没有先前所述的附带二极管和感测电路；图2A是根据一个实施例的功率开关和温度感测电路的示意图；图2B和图2C是图2A中的功率开关的功率开关布线的平面图；图3和图4是图2A所示功率开关的示意图，其包括位于印刷电路板上的附加电路装置；图5是进一步示出瞬态切换操作条件的图3所示功率开关的示意图，包括负载发射极路径中的寄生电感；图6A、图6B和图6C是用于图1A和图2A所示功率开关的功率开关布线的平面图，进一步示出了顶侧发射极焊盘放置；图7是图2A所示功率开关的示意图，还包括用于操作的测试模式的附加电路装置；图8是用于图2A和图7的功率开关实施例的自检和脉宽调制(“PWM”)操作模式的流程图；以及图9是示出电流感测模式和温度感测模式相对于PWM输入波形执行的相对时间的定时图。具体实施方式图1A示出了根据一个实施例的集成电路100A的示意图。集成电路100A包括IGBT102，其具有耦合至集电极节点C和可选辅助集电极节点Ca的集电极、耦合至栅极节点G的栅极以及耦合至发射极节点E和可选辅助发射极节点Ea的发射极。例如，辅助集电极和发射极节点Ca、Ea可通过用于集成电路100A的封装的形状系数来指示。辅助集电极节点Ca和辅助发射极节点Ea通常用于对应的集电极和发射极功率开关电压电位(在集电极节点C和发射极节点E处)必须被精确测量和/或必须快速地切换功率开关的应用，尽管功率芯片(集成电路)在负载电流路径中具有不可忽略的杂散电感(例如，若干nH的杂散电感)的环境中实现。集成电路100A还提供电流镜像功能，其中感测发射极在感测发射极节点S处提供IGBT102的发射极电流的一小部分。通常，感测发射极电流(由少量感测发射极单元提供)与发射极电流(由相对大量的发射极单元提供)的比率可以约为1/1000，但是具体应用的比率可能有所不同。反并联续流功率二极管104还包括在集成电路100A中，并且耦合在集电极节点C和发射极节点E之间。如图1A所示，集成电路100A还包括片上温度感测电路Ts，其包括耦合在节点Ta和Tk之间的二极管堆叠110和反并联二极管112。在图1A中，在二极管堆叠110中示出三个二极管，但是可以使用任何数量的二极管。串联的多个二极管的使用是为了在测量二极管两端的电压时确保更高的精度，从而在确定集成电路100A的温度时保证更高的精度。二极管堆叠110的电压可根据本领域已知的方程式转换为温度。如下文进一步详细描述的，反并联二极管112用于钳位IGBT102的发射极节点E处的电压。下文进一步详细描述集成电路100A的温度和电流感测电路的详细操作。温度感测电路Ts的节点Ta和Tk的电连接可根据实施例以各种方式进行配置。IGBT集成电路100A的示例IGBT集成电路布线100B如图1B所示。栅极节点G、感测发射极节点S、辅助发射极节点Ea以及温度感测电路节点Tk和Ta被示为在IGBT集成电路布线100B的顶面上沿直线布置的接合焊盘。发射极节点E被示为在IGBT集成电路布线100B的顶面上配置为三个功率条，并且温度感测电路Ts占据图1B所示发射极节点E的三个功率条中处于中心的功率条的一小部分。由于IGBT102是垂直器件，所以集电极节点C占据布线100B的整个底面，从IGBT集成电路布线100B的顶面只能看到很小的边缘部分。IGBT集成电路布线100B还对应于集成电路100A的物理实施例，其中集成电路100A包括具有顶面和底面的半导体本体，其中，IGBT集成电路布线100B的顶面对应于集成电路100A的实际顶面，并且IGBT集成电路布线100B的底面对应于集成电路100A的实际底面。上述集成电路和布线实施例以及本文描述的其他集成电路和布线实施例对应于具有半导体本体(其具有顶面和底面)的集成电路的等效物理实施例。图1A所示的集成电路100A的实施例在电路节点的互连中具有最大的灵活性。如前所述，集成电路布线100B具有五个信号焊盘，这导致连接工作量大且封装利用率低。静电放电(“ESD”)鲁棒性较低，因为如前所述，温度感测二极管110和112具有浮置电位。感测发射极节点S的ESD鲁棒性较低，尤其在实现少量的电流感测IGBT单元时。然而，大量的电流感测IGBT单元提高了ESD鲁棒性，从而导致较低的有源区利用率。理想地，电流镜IGBT单元具有较低的外部电感，因为它们通常连接至感测电阻器或等效电路。如果感测发射极节点S具有高杂散电感，则在瞬态切换操作期间会由于对应的高电压而产生对IGBT的破坏。这种事件通常可以描述为电气过应力(EOS)事件。由于温度感测二极管110的ESD弱点(再次注意，节点Ta和Tk均在图1A的集成电路100A中浮置)，温度感测二极管110的一个分支可以耦合至IGBT102的发射极电位。因此，在一个实施例中，IGBT集成电路100C被示为具有耦合的Tk和Ea节点。因此，与图1A所示的IGBT集成电路100A相比，图1C所示的IGBT集成电路100C的实施例的ESD鲁棒性得到了改善。温度感测电路Ts的Tk节点在集成电路100本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种集成电路，包括：功率开关，包括电流路径和电流感测节点；以及温度感测电路，内部地耦合在所述功率开关的所述电流路径和所述电流感测节点之间。

【技术特征摘要】
2018.03.05 US 15/911,9391.一种集成电路，包括：功率开关，包括电流路径和电流感测节点；以及温度感测电路，内部地耦合在所述功率开关的所述电流路径和所述电流感测节点之间。2.根据权利要求1所述的集成电路，其中所述电流路径包括漏极节点和第一源极节点，并且所述电流感测节点包括第二源极节点。3.根据权利要求1所述的集成电路，其中所述电流路径包括集电极节点和发射极节点，并且所述电流感测节点包括感测发射极节点。4.根据权利要求1所述的集成电路，其中所述温度感测电路包括多个串联连接的二极管。5.根据权利要求4所述的集成电路，还包括与所述多个串联连接的二极管反并联耦合的附加二极管。6.根据权利要求1所述的集成电路，还包括耦合在所述电流感测节点与所述电流路径之间的附加开关以及电流感测电阻器。7.根据权利要求6所述的集成电路，其中所述功率开关还包括第一控制节点，并且所述附加开关包括耦合至所述功率开关的所述第一控制节点的第二控制节点。8.根据权利要求1所述的集成电路，其中所述温度感测电路被配置为在第一操作模式下进行操作。9.根据权利要求8所述的集成电路，其中所述第一操作模式包括续流模式。10.根据权利要求1所述的集成电路，其中所述集成电路被配置为在第二操作模式下操作为电流感测电路。11.根据权利要求10所述的集成电路，其中所述第二操作模式包括所述功率开关的接通状态。12.一种集成电路，具有半导体本体，所述半导体本体具有顶面和底面，所述集成电路包括：功率开关，包括第一电流节点、第二电流节点和第三电流节点；以及温度感测电路，内部...

【专利技术属性】
技术研发人员：T·M·赖特尔，G·申奈，F·沃尔特，
申请(专利权)人：英飞凌科技股份有限公司，
类型：发明
国别省市：德国,DE