具有第一温度测量元件的半导体构件以及用于确定流过半导体构件的电流的方法技术

技术编号:18465309 阅读:27 留言:0更新日期:2018-07-18 15:39
描述一种半导体构件(10),其具有衬底和至少两个温度测量元件(20,22)。所述两个温度测量元件(20,22)在所述半导体构件(10)的裸晶片(11)上布置在所述半导体构件(10)内的不同位置上。尤其是,温度测量元件(20)能够布置在所述半导体构件(10)的有源区域(14)中,并且温度测量元件(22)能够布置在所述半导体构件(10)的无源区域(16)中。所述温度测量元件(20,22)测量两个不同的温度TJ、Tsense,借助所述两个不同的温度然后能够计算流过所述半导体构件(10)的电流IDS。所述半导体构件能够是功率MOSFET(18)。此外,描述一种用于确定流过半导体构件(10)的电流IDS的方法,其中,使用在所述半导体构件(10)的不同位置上测量的两个温度。所描述的半导体构件(10)以及所描述的方法例如适合于应用在用于车辆的控制装置中。

Semiconductor component with first temperature measuring element and method for determining current flowing through semiconductor component

A semiconductor component (10) is described, which has a substrate and at least two temperature measuring elements (20, 22). The two temperature measuring elements (20, 22) are arranged on the bare wafer (11) of the semiconductor component (10) in different positions in the semiconductor component (10). In particular, the temperature measuring element (20) can be arranged in the active region (14) of the semiconductor component (10), and the temperature measuring element (22) can be arranged in a passive region (16) of the semiconductor component (10). The temperature measuring element (20, 22) measures two different temperatures TJ, Tsense, and can calculate the current IDS flowing through the semiconductor component (10) by means of the two different temperatures. The semiconductor component can be a power MOSFET (18). In addition, a method for determining current IDS flowing through a semiconductor component (10) is described, in which two temperatures measured at different positions of the semiconductor component (10) are used. The semiconductor component (10) described and the method described are suitable for use in vehicle control devices, for example.

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】具有第一温度测量元件的半导体构件以及用于确定流过半导体构件的电流的方法
本专利技术涉及一种半导体构件、优选地一种功率MOSFET元件,以及一种用于制造半导体构件的方法和一种用于车辆的控制装置。
技术介绍
对现代的半导体开关——如功率MOSFET(金属氧化物半导体场效应晶体管,英语:Metal-Oxide-SemiconductorFieldEffectTransistor)和IGBT(绝缘栅双极型晶体管,英语:insulated-gatebipolarTransistor)的要求除了包括非常小的导通损耗和开关损耗以及高的阻挡能力之外,包括越来越多的单片集成的功能,所述单片集成的功能使得能够可靠地探测到过负荷——如ESD-脉冲(静电放电,英语:ElectrostaticDischarge)、过热温度、击穿或者过电流。在例如用于发动机控制的功率电子系统中,用于调节系统的相电流有决定性的意义。在开关过程期间过高的电流可能导致元件击穿和必要时导致其损坏。因此,在许多情况中,例如通过分流或者磁性传感器测量电流。这是费事的并且昂贵的。如果借助分流测量相电流,则为此需要在DBC(直接键合铜)上或者在冲压栅格(Stanzgitter)上的附加的面。此外,借助分流或者磁性传感器,需要另外的部件,这同样导致成本。替代地,存在以下可能性:在设备中在内部通过隔开的单元区域进行相电流的测量。但在这里,至少一个外部的电阻以及外部的、通常模拟的分析处理电路也是必需的。DE102011001185A1描述了一种用于借助漏极-源极电压的测量来进行电流感测的方法。在此,求取阻挡层的温度并且由所述温度计算与温度相关的电阻RDSon,由该电阻又可以计算当前的电流。US2007/00061099A1也描述了一种借助漏极-源极电压和温度确定相电流的方法。布置在FET(场效应晶体管)附近的热敏电阻提供温度,处理器由所述温度与漏极-源极电压一起估计相电流。这通过在假定在热敏电阻和FET的阻挡层之间的温度差在瞬态振荡的状态中是恒定的情况下进行。US2011/0210711A1描述了一种可能性:由处理器对在半导体构件内的过程建模,以便能够进行构件的状态的评估和随后必要时进行部件的控制。为此,考虑例如由热敏电阻提供的温度、漏极-源极电压和栅极-源极电压作为输入参数。
技术实现思路
根据本专利技术,提供一种半导体构件,其具有衬底和第一温度测量元件,其中,所述第一温度测量元件布置在所述半导体构件的大的损耗功率的位置附近,其中,第二温度测量元件在空间上与所述第一温度测量元件间隔开地布置在所述衬底上。半导体构件可以是例如MOSFET、IGBT或者其他的功率半导体。衬底可以是半导体衬底(例如硅)、其他的半导体衬底或者绝缘体上硅结构(Silicon-on-Insulator,SOI)。在此,高的损耗功率的位置理解为在半导体芯片上的以下位置:在运行中、尤其在接通的状态中,高的损耗功率下降在所述位置上并且所述位置因此比其周围环境更强烈地加热。在此,概念“高的损耗功率”尤其可相对于在芯片上的其他的位置来解释。优选地,第一温度测量元件布置在最大的损耗功率的位置附近、例如布置在阻挡区附近。优选地,在大的或者最大的损耗功率的位置和第一温度测量元件之间的空间距离尽可能小、尤其如在技术上可能的那样小,而不影响各个元件的功能。换言之,第一温度测量元件优选地紧邻大的或者最大的损耗功率的位置。例如,第一温度测量元件可以直接地邻接半导体构件的阻挡区。一种根据本专利技术的用于确定流过半导体构件的电流的方法基本上包括以下步骤:a)读取由布置在高的损耗功率的区域中的第一温度测量元件提供的第一温度的值b)读取由与所述第一温度测量元件间隔开的第二温度测量元件提供的第二温度的值c)在将所述第一温度和所述第二温度包括在内的情况下,计算流过所述半导体构件的电流。一种根据本专利技术的用于车辆的控制装置包括至少一个根据本专利技术的半导体构件。根据本专利技术的半导体构件具有以下优点:仅仅需要少量的附加的元件来作出足够准确的、关于流过半导体构件的当前的电流的结论。可以仅仅利用系统ASIC(专用集成电路,英语:applicationspecificintegratedcircuit)的逻辑电路和AD转换器用于分析处理,从而,相对于常规的、不具有根据本专利技术的电流感测装置的半导体构件,又仅仅需要少量的附加的部件。此外,借助根据本专利技术的半导体构件以及根据本专利技术的方法可能的是,求取流过构件的相电流,而不同时将漏极-源极电压作为初始值包括在内。取而代之地,在半导体构件的两个不同的点上测量相应的局部的温度,由此,在了解在两个测量点之间的热阻和热容的情况下可以推断出构件的当前的损耗功率,从而可以借助电阻RDSon确定流过部件的电流。因此,可以设置用于对功率电子组件如MOSFET或者IGBT进行安全地开关的过电流限制。第一温度测量元件可以与第二温度测量元件热耦合。在一种特别的实施方式中设置,所述第一温度测量元件和所述第二温度测量元件分别包括一个二极管。在此,温度的度量分别可以是在相应的二极管上下降的电压。以这种方式和方法,可以以用于温度测量元件的小的结构性耗费来求取温度。因此,可以节省用于外部的部件的安装空间、损耗功率和成本,并且在相应的设计中,可以改进电流监视的响应时间和准确性。根据本专利技术的一种优选的实施方式设置,所述第一温度测量元件和所述第二温度测量元件单片式地集成到所述半导体构件中。通过这些措施可以减小在调试半导体构件时的耗费,这同样减小有效成本。需要较少的单个的部件。因为可以将所需要的功能以小的耗费集成到已知的半导体构件中,所以总体上产生明显的成本节省。此外,单个部件的较小的数量意味着可能的误差来源的较小的数量。在本专利技术的一种扩展方案中,半导体构件包括第三温度测量元件。附加的第四温度测量元件或者还更多的温度测量元件也是可能的。通过包括另外的温度测量元件在内,可以提高电流确定的准确性。另外的温度测量元件也可以单片式地集成到芯片中。所有的温度测量元件例如可以实现为平面的多晶硅二极管。但原则上,可以考虑不同的温度测量元件的任意的组合,以便实现本专利技术。同样地,也能够实现单片式地集成的和在外部的温度测量元件、如例如热敏电阻的同时使用。然而,由于制造技术上的优点,所有的温度测量元件优选单片式地集成。在本专利技术的另一种优选的实施方式中,在所述第一温度测量元件和所述第二温度测量元件之间存在有限的热容和有限的热阻。当第一温度和第二温度作为输入参量用于计算时,可以相对准确地确定在半导体构件中的当前的损耗功率。在本专利技术的一种扩展方案中,所述半导体构件具有至少一个有源区域和至少一个无源区域,其中,所述第二温度测量元件布置在所述无源区域中。在无源区域中,温度通常比在有源区域中更低并且尤其比在最大的损耗功率的区域中显著更低。在由第一温度测量元件和第二温度测量元件求取的这两个温度之间的较大的温度差增大信噪比并且因此提高所求取的电流的值的准确性。在本专利技术的一种优选的实施方式中,半导体构件可以是MOSFET并且温度测量元件中的一个可以是该MOSFET的体二极管。MOSFET特别好地适合用于构造功率半导体构件,例如功率开关。当MOSFET的体二极管作为温度测量元件中的一个使本文档来自技高网
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【技术保护点】
1.一种半导体构件(10),其具有衬底(12)和第一温度测量元件(20),其特征在于,所述第一温度测量元件(20)布置在所述半导体构件(10)的大的损耗功率的位置附近,并且,第二温度测量元件(22)在空间上与所述第一温度测量元件(20)间隔开地布置在所述衬底(12)上。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】2015.11.26 DE 102015223470.31.一种半导体构件(10),其具有衬底(12)和第一温度测量元件(20),其特征在于,所述第一温度测量元件(20)布置在所述半导体构件(10)的大的损耗功率的位置附近,并且,第二温度测量元件(22)在空间上与所述第一温度测量元件(20)间隔开地布置在所述衬底(12)上。2.根据权利要求1所述的半导体构件(10),其特征在于,所述第一温度测量元件(20)和所述第二温度测量元件(22)分别包括一个二极管。3.根据以上权利要求中任一项所述的半导体构件(10),其特征在于,所述第一温度测量元件(20)和所述第二温度测量元件(22)单片式地集成到所述半导体构件(10)中。4.根据以上权利要求中任一项所述的半导体构件(10),其特征在于,在所述第一温度测量元件(20)和所述第二温度测量元件(22)之间存在有限的热容(58)和有限的热阻(56)。5.根据以上权利要求中任一项所述的半导体构件(10),其特征在于,所述半导体构件(10)具有至少一个有源区域(14)和至少一个无源区域(16),其中,所述第二温度测量元件(22)布置在所述无...

【专利技术属性】
技术研发人员:J·朱斯W·冯埃姆登
申请(专利权)人:罗伯特·博世有限公司
类型:发明
国别省市:德国,DE

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