温度自适应调整功率管的制作方法
【专利摘要】温度自适应调整功率管，包括信号输入端、功率管及其栅极，其特征在于，还包括栅极控制电路，所述栅极控制电路由下拉电阻、降压电阻、温度感应器件和第一信号输入管、第二信号输入管组成；所述第一信号输入管连接在电源和下拉电阻之间，下拉电阻接地，下拉电阻和第一信号输入管的公共端连接功率管栅极，所述信号输入端连接第二信号输入管控制端，所述降压电阻和温度感应器件串联在第二信号输入管漏极和地之间，第二信号输入管为PMOS，其源极连接电源，漏极连接第一信号输入管的控制端，所述温度感应器件的输出电压为负温度系数。本发明仅利用附加的少数器件即可实现对功率管发热量的调整，使功率管能够持续不间断的工作，避免无谓的关机损耗。
【专利说明】温度自适应调整功率管
【技术领域】
[0001]本发明属于半导体制造领域，涉及功率管的设计和制造，特别是涉及一种温度自适应调整功率管。
【背景技术】
[0002]半导体功率器件是利用半导体材料和半导体制造工艺制造的具备输出较大功率能力的单一器件，广泛应用于放大器、开关电源或驱动电路中，现有的应用电路解决方案中，通常都需要多个功率器件，可以分别作为放大信号、功率开关和输出级等使用。
[0003]随着半导体工艺的进步，最小线宽早已突破微米级别，到达纳米量级，由于线宽的不断缩小，半导体芯片，特别是功率器件的功率密度不断提高，单一的半导体芯片已经能够提供安培级甚至更高的输出电流，芯片的工作电流和发热量不断增大，对功率管的封装和使用构成严峻挑战。
[0004]虽然有针对芯片过热的各种温度保护电路，但多依赖于运算放大器、比较器或基准电压实现，设计复杂并且需要占用相当的面积，对于单一封装的功率器件，没有基准电压、比较器等模块时则难以实现，并且现有的温度保护电路多为在温度超过设定值时即行关闭功率器件或整个芯片本身，并不能对温度进行有限调整使芯片继续正常工作。
【发明内容】
[0005]为克服现有技术的功率管没有专门的温度保护电路，或现有温度保护电路不能对芯片或功率管进行有限调整，保证器件持续工作的技术缺陷，本发明公开了一种温度自适应调整功率管。
[0006]本发明所述温度自适应调整功率管，包括信号输入端、功率管及其栅极，其特征在于，还包括栅极控制电路，所述栅极控制电路由下拉电阻、降压电阻、温度感应器件和第一信号输入管、第二信号输入管组成；
所述第一信号输入管连接在电源和下拉电阻之间，下拉电阻接地，下拉电阻和第一信号输入管的公共端连接功率管栅极，所述信号输入端连接第二信号输入管控制端，所述降压电阻和温度感应器件串联在第二信号输入管漏极和地之间，第二信号输入管为PM0S，其源极连接电源，漏极连接第一信号输入管的控制端，所述温度感应器件的输出电压为负温度系数。
[0007]具体的，所述功率管为NMOS管，第一信号输入管为NMOS管或NPN管。
[0008]具体的，所述温度感应器件为NPN管，NPN管的发射极接地，基极和集电极连接并与降压电阻串联。
[0009]优选的，所述NPN管位于功率管附近或功率管中心区域。
[0010]优选的，所述NPN管位于功率管中心区域，所述功率管为NMOS管；
所述NPN管包括位于功率管衬底6上的基极3、集电极4和发射极2，其中发射极2为一侧靠近功率管源极I的第一 N注入区，所述第一 N注入区另一侧为N阱5，N阱内部具有靠近发射极的P注入区及靠近P注入区的第二 N注入区，所述P注入区作为NPN管的基极，第二 N注入区作为NPN管的集电极。
[0011]进一步的，所述N阱除与发射极连接处的其他侧面具有深度大于N阱的P型隔离阱，P型隔离阱的电位接地。
[0012]具体的，所述下拉电阻和降压电阻为形状相同的多个多晶电阻连接而成。
[0013]优选的，所述下拉电阻阻值为0.5-2兆欧姆。
[0014]优选的，所述信号输入端与电源之间还连接有防静电器件。
[0015]本发明所述的温度自适应调整功率管，仅利用附加的少数器件即可实现对功率管发热量的调整，使功率管能够持续不间断的工作，避免无谓的关机损耗。
【专利附图】
【附图说明】
[0016]图1为本发明所述一种温度自适应调整功率管的一种【具体实施方式】结构示意图； 图2为本发明所述温度感应器件采用NPN管的一种【具体实施方式】；
图3为本发明所述温度感应器件采用NPN管在功率管中的位置示意图；
图中附图标记名称为:1_功率管源极2-发射极3-基极4-集电极5-N阱6-衬底7-P型隔离阱8-功率管漏极IN-信号输入端OUT-输出端Rl-下拉电阻R2-降压电阻Ml-第一信号输入管M2-第二信号输入管M3-功率管T-温度感应器件VDD-电源。
【具体实施方式】
[0017]下面结合附图，对本发明的【具体实施方式】作进一步的详细说明。
[0018]本发明所述温度自适应调整功率管，包括信号输入端、功率管及其栅极，其特征在于，还包括栅极控制电路，所述栅极控制电路由下拉电阻R1、降压电阻R2、温度感应器件和第一信号输入管Ml、第二信号输入管M2组成；
所述第一信号输入管连接在电源和下拉电阻之间，下拉电阻接地，下拉电阻和第一信号输入管的公共端连接功率管栅极，所述信号输入端连接第二信号输入管控制端，所述降压电阻和温度感应器件串联在第二信号输入管漏极和地之间，第二信号输入管为PM0S，其源极连接电源，漏极连接第一信号输入管的控制端，所述温度感应器件的输出电压为负温度系数。
[0019]如图1所示，采用NPN三极管作为温度感应器件，功率管为NMOS管，信号输入管为NMOS管或NPN管，NPN三极管的基极-发射极电压VBE跟随温度变化而反方向变化，随着温度的上升，VBE以一个比较恒定的系数下降，通常为2.2毫伏每摄氏度，将NPN三极管设置在功率管的温度感应区域内，例如功率管的周围，当功率管正常工作时，产生的热量使三极管温度升高，VBE下降，由于三极管连接成二极管形式，使三极管压降下降，在使用时，在信号输入端的电压通常恒定，对于第二信号输入管，源极连接电源，其VGS相等，输出电流相等，在降压电阻上压降相同，因此随着温度升高，在第一信号输入管的栅极，电压会下降，对第一信号输入管，栅压下降会导致输出电流的减小，从而使下拉电阻Rl上压降降低，功率管栅极电压减小，功率管电流随之减小。下拉电阻Rl和降压电阻R2优选温度系数低、且易于被常规CMOS工艺集成的多晶电阻，可以采用高阻多晶技术，利用多个宽长均相等的矩形形式的电阻串联，得到需要的阻值，为减小Rl和R2的功耗，阻值应达到兆欧级别，优选取在0.5-2兆欧姆。
[0020]为进一步提高封装后的器件可靠性，在所述信号输入端与电源之间还连接有防静电器件，例如GGMOS或二极管、SCR器件等，使本器件具备抗静电能力。
[0021]温度感应器件设置在功率管的旁侧或中心区域，针对功率NMOS管，本发明优选采用如图2和图3所示的优选实施方式，温度感应器件NPN管位于功率管中心区域，所述NPN管包括位于功率管衬底6上的基极3、集电极4和发射极2，其中发射极2为一侧靠近功率管源极I的第一 N注入区，所述第一 N注入区另一侧为N阱5，N阱内部具有靠近发射极的P注入区及靠近P注入区的第二 N注入区，所述P注入区作为NPN管的基极，第二 N注入区作为NPN管的集电极。
[0022]采用上述方式直接在功率NMOS管的P型衬底上构造NPN三极管，工艺简单且兼容，采用包围基极和集电极的N阱，将该横向NPN管的基极和集电极与衬底实现电隔离，同时，由于集电极和N阱掺杂类型相同，实际实现了一个包围基极的大的集电极，使得集电极与基极的接触面增加，分散了电力线分布，提高三极管放大倍数的同时增强了该三极管的耐压性能。
[0023]更进一步的优选实施方式为:所述N阱除与发射极连接处的其他侧面具有深度大于N阱的P型隔离阱7，P型隔离阱的电位接地。
[0024]采用上述P型隔离阱，避免NPN三极管的N讲，P衬底和临近的功率NMOS管元胞单元形成横向寄生三极管，在大电流波动时，在衬底电阻产生电压导致该横向寄生三极管导通，造成事实上的栓锁效应。
[0025]前文所述的为本发明的各个优选实施例，各个优选实施例中的优选实施方式如果不是明显自相矛盾或以某一优选实施方式为前提，各个优选实施方式都可以任意叠加组合使用，所述实施例以及实施例中的具体参数仅是为了清楚表述发明人的发明验证过程，并非用以限制本发明的专利保护范围，本发明的专利保护范围仍然以其权利要求书为准，凡是运用本发明的说明书及附图内容所作的等同结构变化，同理均应包含在本发明的保护范围内。
【权利要求】
1.温度自适应调整功率管，包括信号输入端、功率管及其栅极，其特征在于，还包括栅极控制电路，所述栅极控制电路由下拉电阻、降压电阻、温度感应器件和第一信号输入管、第二信号输入管组成； 所述第一信号输入管连接在电源和下拉电阻之间，下拉电阻接地，下拉电阻和第一信号输入管的公共端连接功率管栅极，所述信号输入端连接第二信号输入管控制端，所述降压电阻和温度感应器件串联在第二信号输入管漏极和地之间，第二信号输入管为？103，其源极连接电源，漏极连接第一信号输入管的控制端，所述温度感应器件的输出电压为负温度系数。
2.如权利要求1所述的温度自适应调整功率管，其特征在于，所述功率管为匪03管，第一信号输入管为匪03管或册X管。
3.如权利要求1所述的温度自适应调整功率管，其特征在于，所述温度感应器件为管，见^管的发射极接地，基极和集电极连接并与降压电阻串联。
4.如权利要求3所述的温度自适应调整功率管，其特征在于，所述册X管位于功率管附近或功率管中心区域。
5.如权利要求3所述的温度自适应调整功率管，其特征在于，所述册X管位于功率管中心区域，所述功率管为匪03管； 所述册X管包括位于功率管衬底6上的基极3、集电极4和发射极2，其中发射极2为一侧靠近功率管源极1的第一 ~注入区，所述第一 ~注入区另一侧为~阱5，~阱内部具有靠近发射极的？注入区及靠近？注入区的第二?注入区，所述？注入区作为管的基极，第二 ~注入区作为册~管的集电极。
6.如权利要求5所述的温度自适应调整功率管，其特征在于，所述~阱除与发射极连接处的其他侧面具有深度大于~阱的？型隔离阱，？型隔离阱的电位接地。
7.如权利要求1所述的温度自适应调整功率管，其特征在于，所述下拉电阻和降压电阻为形状相同的多个多晶电阻连接而成。
8.如权利要求1所述的温度自适应调整功率管，其特征在于，所述下拉电阻阻值为0.5-2兆欧姆。
9.如权利要求1所述的温度自适应调整功率管，其特征在于，所述信号输入端与电源之间还连接有防静电器件。
【文档编号】G05D23/19GK104407640SQ201410505601
【公开日】2015年3月11日 申请日期:2014年9月28日 优先权日:2014年9月28日
【发明者】王建全, 崔永明, 王作义, 彭彪, 李保霞, 张干 申请人:四川广义微电子股份有限公司