调温方法及其电路技术

本发明专利技术涉及调温方法及其电路，具体公开了提供用于管理集成电路的热性能的方法和电路。从半导体衬底制造以并联方式耦合在一起的温度传感电路和多个功率ＦＥＴ。各温度传感电路监视邻近或包含相应的功率ＦＥＴ的一部分半导体衬底的温度。当邻近一个或更多个功率ＦＥＴ的半导体衬底的温度达到预定值时，相应的温度传感电路降低出现在功率ＦＥＴ的栅极上的电压。降低的电压增加功率ＦＥＴ的导通电阻，并将其一部分电流引导到该多个功率ＦＥＴ中的其它功率ＦＥＴ。功率ＦＥＴ继续操作，但电流减少。当半导体衬底的温度下降到低于预定值时，功率ＦＥＴ的栅极电压增加到其正常值。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术一般涉及半导体部件，更特别地，涉及半导体部件中的热管理。
技术介绍
高功率半导体部件一般包括保护其免于出现热失效的电路系统。例如，散发大量热的集成调压器常包括当温度达到临界水平时关断或关闭集成电路的热关断电路。一旦衬底冷却下来，那么热关断电路就重新接通调压器。包括热关断电路的一个缺点在于，它们降低诸如离散半导体器件的半导体部件的开关速度。保护功率金属氧化物半导体场效应晶体管(MOSFET)免于出现热失效的另一种常用方式是，通过以并联方式将多个输出器件耦合在一起，减少在这些功率金属氧化物半导体场效应晶体管中传导的电流。例如，多个绝缘栅场效应晶体管可被配置为使它们的漏极端子相互耦合并使它们的源极端子相互耦合。在这种配置中，输出电流被若干个绝缘栅场效应晶体管分担，使得总的输出电流是流过各绝缘栅场效应晶体管的电流的总和。这种方法的缺点在于，它们的导通电阻差(Rdson)会导致流过各绝缘栅场效应晶体管的电流失衡，由此导致一个或更多个场效应晶体管过热并遭受热失效。集成电路制造商已放入测量并联绝缘栅场效应晶体管中流过的电流的有源电路以克服该问题。控制电路使用测量的电流以调整单个绝缘栅场效应晶体管的栅驱动，以在各绝缘栅场效应晶体管中保持基本上相同的电流。这种方法的缺点包括需要复杂的电路系统以监视流过各绝缘栅场效应晶体管的电流，以及将数据路由到控制电路的互连较为复杂。因此，需要的是当并联半导体器件的导通电阻没有精密匹配时促进电流分配的方法和半导体器件。对于该方法和半导体器件来说，成本有效并且可靠是有利的。附图说明通过结合附图阅读以下的详细说明，可以更好地理解本专利技术，在这些附图中，相似的附图标记表示相似的部件，并且，其中，图1是根据本专利技术实施例的功率FET网络的电路框图。图2是表示图1的功率FET网络的一部分的电路简图；图3是表示根据本专利技术另一实施例的功率FET网络的电路简图；图4是根据本专利技术另一实施例的功率FET网络的框图；图5是根据本专利技术另一实施例的功率FET网络的电路框图；图6是表示根据本专利技术另一实施例的功率FET网络的电路简图；以及图7是表示根据本专利技术另一实施例的功率FET网络的电路简图。具体实施例方式一般地，本专利技术提供在由半导体衬底制造的集成电路中执行热管理的方法和电路系统。根据一个实施例，集成电路包括以并联结构连接的多个功率场效应晶体管(FET)。各并联功率FET与线性限热电路连接。该集成电路也被称为功率FET网络。当电力产生的热足够低使得半导体衬底的温度低于预定值或水平时，线性限热电路以空闲模式操作。预定温度值或水平也被称为预先确定的温度、阈值温度值或水平或阈值或水平。当一个或更多个功率FET产生足够的热，以将半导体衬底的温度升高到预定水平时，线性限热电路进入激活或调节模式，并减少在产生过量热的该功率FET或多个功率FET中流动的电流。功率FET网络被配置为使得在功率FET网络中流动的电流保持在基本上恒定的水平。因此，减少一个或更多个功率FET中的电流会增加多个功率FET中的其它功率FET中流动的电流。由于在功率FET网络中流动的总电流保持在基本上恒定的水平，因此由功率FET网络耗散的功率保持在基本上恒定的水平。包括根据本专利技术的线性限热电路的优点在于，可以在不使用复杂或昂贵的电路系统的情况下以并联的方式耦合功率FET。根据另一实施例，本专利技术包括使得功率FET网络以三种操作模式中的一种操作的多功能引线。在第一操作模式中，多功能引线与优选处于接地电平的操作电位源耦合。在该操作模式中，为了保持恒定的温度，线性限热电路在半导体衬底的温度低于预定水平时以空闲模式操作，并在该温度达到预定或阈值水平时控制功率FET中的电流。在第二操作模式中，多功能引线保持悬浮或打开，这导致当半导体衬底的温度达到预定水平时将功率FET网络锁入“关断状态”。在第三操作模式中，多功能引线通过电容器与操作电位的源耦合。在该模式中，当半导体衬底的温度达到预定或阈值水平时，功率FET网络在固定或预定的时间延迟后锁入“关断状态”。该操作模式的优点在于，在温度达到阈值水平后功率FET网络继续操作计划或预定的时间周期，由此容许功率FET网络在由瞬时热事件导致温度增加的情况下继续正常操作。根据另一实施例，本专利技术包括适用于具有大于约100千赫的开关频率的应用中的高速开关电路。高速开关电路包括与功率FET的栅极耦合的栅极驱动电路。当功率FET附近的半导体衬底的温度达到预定水平时，热传感电路降低到栅极驱动电路的电源电压，这降低来自栅极驱动电路的输出信号的幅值。换句话说，降低到栅极驱动电路的电源电压降低驱动电路的输出信号，即，功率FET的栅极驱动电压，这减少流过功率FET的电流并减少由功率FET产生的热。一旦功率FET附近的半导体材料的温度被降低到安全操作水平，热传感电路就将栅极驱动电路电源电压恢复到其正常操作水平，这增加到功率FET的栅极驱动信号。图1是功率FET网络10的电路框图，该功率FET网络10包括多个功率金属氧化物半导体场效应晶体管(MOSFET)121～12n、多个线性限热电路141～14n、多个栅极阻抗161～16n、和多个“或”(Oring)二极管171～17n。如本领域技术人员知道的，阻抗一般由字母“Z”表示。应当注意，MOSFET也被称为绝缘栅半导体器件、绝缘栅场效应晶体管、半导体器件或场效应晶体管(FET)。术语场效应晶体管(FET)也可指一般的场效应晶体管，例如，结型场效应晶体管等。各功率FET 121～12n具有栅极端子、漏极端子和源极端子，且各线性限热电路141～14n具有控制输出端子。功率FET以并联结构被耦合，因此各功率FET的漏极端子被连接在一起，即，它们被共连，并且，各功率FET的源极端子被连接在一起，即，它们被共连。共连的漏极端子被耦合，以通过负载阻抗18接收操作电位VDD的源，并且，共连的源极端子被耦合，以接收操作电位VSS的源。各功率FET的栅极端子与相应的线性限热电路141～14n连接，并用于通过相应的栅极阻抗161～16n接收操作电位VCC的源，并与相应的“或”二极管171～17n的阳极连接。各相应的“或”二极管171～17n的阴极被连接在一起，并用于接收栅极控制信号VG。作为例子，VDD为约20伏特～约600伏特的范围，VSS被设为接地电位，以及VCC为约1伏特～约15伏特的范围。可被并联耦合的功率FET的数量不是对本专利技术的限制。但优选并联耦合十个或更少的功率FET。因此，图1示出使得它们的漏极端子共连在一起并用于接收操作电位VDD的源、并使它们的源极端子共连在一起并用于接收操作电位VSS的源的多个功率FET 121～12n。应当理解，下标“n”被附在附图标记12上，以表示可能存在单个功率FET或并联耦合的多个功率FET。因此，功率FET 12n被示为通过使用省略号与功率FET 122耦合，以表示可能存在零个或更多个与功率FET 121耦合的功率FET 12。功率FET 121～12n的源极端子还与它们的主体耦合，即，与从其形成功率FET 121～12n的衬底耦合。与功率FET 12n相似，下标“n”被附在线性限热电路、栅极阻抗和“或”二极管的附图标记上，以表示可能存在一个或更多个它们中本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种用于在第一半导体器件中调节温度的方法，包括以下步骤：感测所述第一半导体器件附近的衬底中的温度；和当在所述第一半导体器件的所述部分中感测的所述温度达到预定值时将在所述第一半导体器件中流动的电流从第一水平减少到第二水平。

【技术特征摘要】
US 2005-7-1 11/171,0181.一种用于在第一半导体器件中调节温度的方法，包括以下步骤感测所述第一半导体器件附近的衬底中的温度；和当在所述第一半导体器件的所述部分中感测的所述温度达到预定值时将在所述第一半导体器件中流动的电流从第一水平减少到第二水平。2.根据权利要求1的方法，其特征在于，所述减少在所述第一半导体器件中流动的所述电流增加在第二半导体器件中流动的电流。3.根据权利要求1的方法，其特征在于，所述第一半导体器件和所述第二半导体器件以并联结构被耦合，以及，所述减少在所述第一半导体器件中流动的所述电流包括减小所述第一半导体器件的电导。4.一种保护半导体芯片使其免受热致损坏的方法，包括以下步骤感测所述半导体芯片中的一部分的温度；和通过使用外部引线为所述半导体芯片选择操作模式，其中，所述操作模式选自包括以下操作模式的操作模式组将所述第一半导体器件锁入关断状态；在延迟后将所述第一半导体器件锁入关断状态；和将在所述第一半导体器件中流动的电流从第一水平减少到第二水平。5.根据权利要求4的方法，还包括提供以并联方式耦合的多个半导体器件，并且，其中，减少在所述半导体芯片中流动的所述电流包括保持从所述多个半导体器件中的一个耗散的功率基本上恒定。6.一种集成电路，包括具有热传感元件的限热电路，所述限热电路被配置为以线性模式操作；和与所述限热电路耦合的半导体器件，其中，所述热传感元件与所述半导体器件热耦合。7.根据权利要求6的集成电路，其特征在于，所述热传感元件与热放大器耦合，以及其中，所述热传感元件包括具有偏置节点的偏置网络；具有阳极和阴极的温度传感二极管，其中，所述阴极与所述偏置节点耦合；和具有输入和输出并用于提供依赖温度的电压的装置，所述输入与所述温度传感二极管的所述阳极耦合；所述用于提...

【专利技术属性】
技术研发人员：阿伦R鲍尔，斯蒂芬P罗宾，
申请(专利权)人：半导体元件工业有限责任公司，
类型：发明
国别省市：US[美国]