功率器件和智能功率模块制造技术

本发明专利技术提供了一种智能功率模块和功率器件，功率器件与温度检测电路连接，所述温度检测电路内置或外置于所述功率器件，所述功率器件包括：第一有源区、第一发射极、第一栅极区、第一栅极、第二有源区、第二发射极、集电区、集电极及耐压区，第一有源区用于传输所述功率器件导通状态下的电流；第二有源区设置于所述第一有源区外围，构成用于执行温度检测功能的检测器件，所述温度检测电路通过检测所述检测器件和温度相关的电性参数的变化来监控功率器件的结温变化。采用功率器件的部分有源区元胞作温度检测，通过检测关断状态下的漏电流和温度的变化关系以及导通状态下导通压降和温度的变化关系，可以实时的监控功率器件的结温。

【技术实现步骤摘要】
功率器件和智能功率模块
本专利技术涉及功率器件技术，特别是涉及一种功率器件和智能功率模块。
技术介绍
智能功率模块(IntelligentPowerModule，IPM)可以在控制信号的作用下把直流电压(电流)转变成幅值和频率都可变的交流电压(电流)，输出的交流电压被加载到电机上驱动其运转。由于具有集成度高和可靠性好等优点，智能功率模块被广泛应用到变频调速，电力牵引和变频家电中。典型的IPM模块由功率半导体器件(功率器件)、控制和保护电路组成。功率器件按照电流、电压等级的不同，一般采用金属-氧化物-半导体场效应晶体管(Metal-Oxide-SemiconductorField-EffectTransistor，MOSFET)或绝缘栅双极晶体管(InsulatedGateBipolarTransistor，IGBT)。控制和保护功能采用集成电路来实现。由于功率器件在导通状态和开通和关断的转换瞬间都会产生功耗，因此其结温要远高于环境的温度。通过在IPM模块内部集成温度检测单元，可以实时监控其温度，确保功率器件的安全工作。目前，IPM模块广泛采用热敏电阻来检测功率器件的温度。在IPM模块中，热敏电阻和功率器件共同安装在导热的基板上，由于电气设计规则的要求二者之间有一定的距离。当IPM模块工作后，内部的功率器件会消耗一定的功率而发热，其功率约在几瓦到几百瓦之间。按照傅里叶热传导定律，热量会从功率器件传递到热敏电阻上，检测热敏电阻阻值的变化即可以检测热敏电阻的温度，通过校准即可以得到功率半导体器件的温度。热敏电阻的阻值和温度之间一般为非线性关系，在数据的实时处理中需要经过运算或者查表才能给出温度值。如专利申请：一种智能功率模块的温度控制方法及变频设备(申请号：201310404618.X)和用于智能功率模块的过热保护电路及其控制方法(申请号：201110147882.0)中公布的温度检测方法都是采用热敏电阻。在实际应用中，从功率器件到热敏电阻的热阻通路会随着制造工艺的波动而发生变化，另外，热敏电阻的电阻-温度特性也会显著影响检测温度的精度。因此这种方法检测温度的精度和准确度受智能功率模块内部结构的影响。在瞬态过程中热量的传导受到系统的热阻Rth和热容Cth的影响，在经过3至5倍的热时间常数(定义为热阻和热容的乘积，约为几十个微秒到几个毫秒)后系统中的温度分布才趋于稳定。因此这种方法不能够检测功率器件的瞬时结温变化。
技术实现思路
基于此，有必要提供一种可根据其特定的电性参数可监控自身结温的具有温度检测功能的功率器件。一种具有温度检测功能的功率器件，与温度检测电路连接，所述温度检测电路内置或外置于所述功率器件，所述功率器件包括：第一有源区，用于传输所述功率器件导通状态下的电流；第一发射极，与所述第一有源区电性相连；第一栅极区，设置于所述第一有源区上；第一栅极，与所述第一栅极区电性相连；第二有源区，设置于所述第一有源区外围，构成用于执行温度检测功能的检测器件；第二发射极，与所述第二有源区电性相连；集电区，位于所述功率器件的背面；集电极，与所述集电区电性相连；及耐压区，设置于所述第二有源区的外围；所述温度检测电路通过检测所述检测器件和温度相关的电性参数的变化来监控功率器件的结温变化。此外，还提了一种智能功率模块，包括至少一个上述的具有温度检测功能的功率器件。上述的功率器件通过内部设置检测器件，采用功率器件的部分有源区作为检测器件的主体，通过检测关断状态下该有源区与温度相关的电性参数，利用该电性参数与温度的变化关系，可以实时的监控功率器件的结温，结温的检测精度高。附图说明图1(a)为本专利技术第一实施例中的功率器件的俯视结构示意图；图1(b)为图1(a)所示的功率器件对应的电路图；图2(a)为本专利技术第二实施例中的功率器件的俯视结构示意图；图2(b)为图2(a)所示的功率器件对应的电路图；图3(a)为图1(a)所示的功率器件的温度检测电路原理图；图3(b)为图1(b)所示的功率器件的温度检测电路原理图；图4为本专利技术实施例中功率器件的截面结构示意图；图5为图4所述的隔离区的第一种实现方式的结构示意图；图6为图4所述的隔离区的第二种实现方式的结构示意图；图7为图4所述的隔离区的第三种实现方式的结构示意图。具体实施方式为了使本专利技术要解决的技术问题、技术方案及有益效果更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本专利技术进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本专利技术，并不用于限定本专利技术。常用的功率半导体器件，如MOSFET，IGBT等，其结构包括两部分：(1)位于芯片边缘的耐压区域，确保器件在关断时能够承受一定的耐压；(2)位于芯片内部的有源区域，有源区域由许许多多结构相同的元胞组成，当器件工作在导通状态时，每一个元胞都流过一定的电流。请参阅图1(a)至图4，本专利技术实施例中具有温度检测功能的功率器件10，与温度检测电路20连接，所述温度检测电路20内置或外置于所述功率器件10，功率器件10包括第一有源区110、第一发射极E1、第二有源区120、第二发射极E2、第一栅极区130、第一栅极G1、耐压区140、集电区160(参考图4)和集电极C。本专利技术中功率器件10的有源区域发热元胞区域被分为两部分，一部分为第一有源区110，用于传输导通状态下的电流，执行功率器件10在电路应用中的主要功能；另一部分较小面积的为第二有源区120，用于输出与温度相关的电性参数以执行温度检测功能。由此，分别以第一有源区110、第一栅极G1区130、集电区160以及耐压区140构成常规的用于传输导通状态下的电流的器件本体Q1，以第二有源区120、第一栅极区130、集电区160以及耐压区140构成形成检测器件T1。实施例一：请参阅图1(a)和图1(b)及图3(a)，第一发射极E1与所述第一有源区110电性相连的；第一栅极区130设置于所述第一有源区110上；第一栅极G1与所述第一栅极区130电性相连，本实施例中，器件本体Q1和检测器件T1共栅极，即该第一栅极G1；第二有源区120设置于所述第一有源区110外围，构成用于执行温度检测功能的检测器件T1；第二发射极E2与所述第二有源区120电性相连；集电区160与所述第一有源区110和第二有源区120电性接触(参见图5)，且位于功率器件的器件本体Q1的背面；集电极C与所述集电区160电性相连，本实施例中，器件本体Q1和检测器件T1共集电极C；耐压区140设置于所述第二有源区120的外围。所述第一有源区110和所述第二有源区120的元胞结构相同。所述温度检测电路20通过检测所述检测器件T1和温度相关的电性参数的变化来监控功率器件10的结温变化。具体地，该电性参数使所述检测器件T1在关断状态下输出的漏电流，在导通状态下的通态压降。当器件本体Q1和检测器件T1共第一栅极G1(控制电极)，器件本体Q1和检测器件T1工作在相同的状态，此时二者的电流密度相同，因此具有共同的结温。采用这种方式，在第一有源区110和第二有源区120之间没有热量的传输，因此检测的温度最为精确。另一方面，这种方式可以共用控制电极，因此可以节省芯片的面积。另外，所述第一有源区110的面积为所述第二有源区120在所述集电区160上投影的本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种具有温度检测功能的功率器件，与温度检测电路连接，其特征在于，所述温度检测电路内置或外置于所述功率器件，所述功率器件包括：第一有源区，用于传输所述功率器件导通状态下的电流；第一发射极，与所述第一有源区电性相连；第一栅极区，设置于所述第一有源区上；第一栅极，与所述第一栅极区电性相连；第二有源区，设置于所述第一有源区外围，构成用于执行温度检测功能的检测器件；第二发射极，与所述第二有源区电性相连；集电区，位于所述功率器件的背面；集电极，与所述集电区电性相连；及耐压区，设置于所述第二有源区的外围；所述温度检测电路通过检测所述检测器件和温度相关的电性参数的变化来监控功率器件的结温变化。

【技术特征摘要】
1.一种具有温度检测功能的功率器件，与温度检测电路连接，其特征在于，所述温度检测电路内置或外置于所述功率器件，所述功率器件包括：第一有源区，用于传输所述功率器件导通状态下的电流；第一发射极，与所述第一有源区电性相连；第一栅极区，设置于所述第一有源区上；第一栅极，与所述第一栅极区电性相连；第二有源区，设置于所述第一有源区外围，构成用于执行温度检测功能的检测器件；第二发射极，与所述第二有源区电性相连；集电区，位于所述功率器件的背面；集电极，与所述集电区电性相连；及耐压区，设置于所述第二有源区的外围；所述温度检测电路通过检测所述检测器件和温度相关的电性参数的变化来监控功率器件的结温变化，所述电性参数是所述检测器件在关断状态下输出的漏电流，在导通状态下的通态压降。2.根据权利要求1所述的功率器件，其特征在于，还包括：第二栅极区，所述第二栅极区设置于所述第二有源区上；第二栅极，与所述第二栅极区电性相连。3.根据权利要求1或2所述的功率器件，其特征在于，还包括用于隔离电性干扰的隔离区，所述隔离区设置于所述第一有源区和所述第二有源区之间，以及所述第一发射极和第二发射极之间。4.根据权利要求3所述的功率器件，其特征在于，所述隔离区的宽度与所述第一发射极和第二发射极的间距相同，所述隔离区的深度大于等于所述第一有源区和所述第二有源区中的PN结的最大深度。5.根据权利要求3所述的功率器件，其特征在于，所述隔离区为掺杂区，该掺杂区的类型与所述耐压区的类型相同。6.根据权利要求5所述的功率器件，其特征在于，所述掺杂区的结深与所述耐压区域的PN结结深相同。7.根据权利要求3所述的功率器件，其特征在于，所述隔离区包括隔离沟槽，该隔离沟槽内填充有填充介质和填充电极，所述填充电极与所述隔离沟槽内壁以所述填充介质相隔。8.根据...

【专利技术属性】
技术研发人员：胡爱斌，黄国超，
申请(专利权)人：广东美的制冷设备有限公司，
类型：发明
国别省市：广东;44