本發(fā)明涉及一種集成電路，尤其涉及一種具熱感測功能的功率金氧半晶體管晶粒以及集成電路。

背景技術(shù)：

圖1是現(xiàn)有的溫度傳感器的電路圖。請參閱圖1。在溫度傳感器中使用一個雙極型接面晶體管(bipolar junction transistor，BJT)組件12(例如NPN或PNP)與電流源14。PN接面會隨著不同溫度而產(chǎn)生不同電壓。比較器16比較所產(chǎn)生的電壓與另一個與溫度無關(guān)的電壓(例如當(dāng)在160℃時，PN接面的電壓差為0.4V，且將此0.4V設(shè)定為默認(rèn)值)，以便在電壓超過0.4V時發(fā)出溫度保護(hù)信號OTP。藉此可保護(hù)集成電路(IC)在過熱的情況下，可以停止造成高溫的操作。

圖2是現(xiàn)有的集成電路的配置的俯視圖。集成電路是由多個具不同功能的晶粒(die)所組成，且每一個晶粒是由多個單元(cell)組成。請參閱圖2，集成電路200包括功率金氧半晶體管晶粒(power MOS transistor die)20、功率金氧半晶體管晶粒22與控制器晶粒(controller die)24。一般而言，溫度傳感器配置于控制器晶粒24中。然而，當(dāng)集成電路200具有功率金氧半晶體管晶粒20、功率金氧半晶體管晶粒22與控制器晶粒24時，由于功率金氧半晶體管晶粒20或功率金氧半晶體管晶粒22會有大電流流過，是整個集成電路中溫度最高的區(qū)域。然而，使用現(xiàn)有技術(shù)所感測到的溫度卻不是最高溫度。因此，若將溫度傳感器配置在控制器晶粒24中，完全無法做到集成電路200的高溫保護(hù)，集成電路200容易過熱而被燒毀。

圖3A是現(xiàn)有的功率金氧半晶體管晶粒的等效電路圖。圖3B是圖3A的功率金氧半晶體管晶粒的結(jié)構(gòu)的剖面圖。功率金氧半晶體管晶粒30在圖3B中示出具相同結(jié)構(gòu)的三個NMOS單元(cell)。標(biāo)示“PHASE”、“LG”和“GND”分別表示“相位端”、“控制端”和“接地端”。標(biāo)示“G”、“D” 和“S”分別表示“柵極”、“漏極”和“源極”。標(biāo)示“n+”、“n-”、“p+”、“pw”和“SiO₂”分別表示“高摻雜濃度n型區(qū)域”、“低摻雜濃度n型區(qū)域”、“高摻雜濃度p型區(qū)域”、“P阱區(qū)域”和“二氧化硅區(qū)域”。功率金氧半晶體管晶粒結(jié)構(gòu)的細(xì)節(jié)為本領(lǐng)域普通技術(shù)人員慣用技術(shù)手段，且因此下文中省去其詳細(xì)描述。

技術(shù)實現(xiàn)要素：

本發(fā)明提供一種具熱感測功能的功率金氧半晶體管晶粒以及集成電路。

集成電路包括功率金氧半晶體管晶粒(die)。

功率金氧半晶體管晶粒包括控制端、相位端、接地端以及熱信號輸出端，且功率金氧半晶體管晶粒還包括兩個區(qū)塊，分別為開關(guān)部(part)與溫度感測部，每個區(qū)塊由一到多個單元(cell)構(gòu)成。開關(guān)部具有：第一電極，耦接控制端；第二電極，耦接接地端；以及第三電極，耦接相位端。溫度感測部具有：第一電極；第二電極，耦接熱信號輸出端；以及第三電極，耦接開關(guān)部的第三電極。開關(guān)部與溫度感測部配置為相同制程所制造的金氧半晶體管。

于本發(fā)明的一實施例中，溫度感測部的第一電極與第二電極兩者耦接至熱信號輸出端。

于本發(fā)明的一實施例中，溫度感測部的第一電極耦接開關(guān)部的第二電極。

于本發(fā)明的一實施例中，當(dāng)熱信號輸出端上的電壓大于相位端上的電壓時，進(jìn)行熱感測功能。

于本發(fā)明的一實施例中，功率金氧半晶體管晶粒被配置作為功率轉(zhuǎn)換電路的下橋開關(guān)。

于本發(fā)明的一實施例中，集成電路還包括控制器晶粒?？刂破骶Я０ㄎ粶?zhǔn)偏移器、第一比較器以及開關(guān)。位準(zhǔn)偏移器耦接相位端，用以轉(zhuǎn)換來自相位端的信號。第一比較器的第一輸入端耦接位準(zhǔn)偏移器的輸出端，其第二輸入端耦接熱信號輸出端。開關(guān)的一端耦接第一比較器的輸出端，開關(guān)的另一端用于輸出溫度監(jiān)控信號?？刂破骶Я５拈_關(guān)與功率金氧半晶體管晶粒的控制端的導(dǎo)通時間同步。

于本發(fā)明的一實施例中，位準(zhǔn)偏移器包括第一定電流源、第二定電流源以及第一電阻。第一定電流源耦接第一比較器的第一輸入端。第二定電流源 耦接熱信號輸出端與第一比較器的第二輸入端。第一電阻的一端耦接第一比較器的第一輸入端，且另一端耦接相位端。

于本發(fā)明的一實施例中，控制器晶粒還包括位準(zhǔn)偏移器以及開關(guān)。位準(zhǔn)偏移器用以轉(zhuǎn)換來自相位端與熱信號輸出端的兩個信號，其具有：第一端，耦接相位端；第二端，耦接熱信號輸出端；輸出端；以及接地端。開關(guān)的一端耦接位準(zhǔn)偏移器的輸出端，另一端用于輸出溫度監(jiān)控信號?？刂破骶Я５拈_關(guān)與功率金氧半晶體管晶粒的控制端的導(dǎo)通時間同步。

于本發(fā)明的一實施例中，位準(zhǔn)偏移器還包括第三定電流源、第二比較器、第二電阻、N型金氧半晶體管、電流鏡以及第三電阻。第三定電流源的一端耦接熱信號輸出端。第二比較器的第一輸入端耦接熱信號輸出端。第二電阻的一端耦接第二比較器的第二輸入端，另一端耦接相位端。N型金氧半晶體管的柵極耦接第二比較器的輸出端，其源極耦接第二比較器的第二輸入端。電流鏡耦接至N型金氧半晶體管的漏極及開關(guān)的一端。第三電阻耦接開關(guān)的一端與接地端之間。

基于上述，本發(fā)明的具熱感測功能的集成電路不改變原本制程，且在同一個功率金氧半晶體管晶粒內(nèi)配置開關(guān)部與溫度感測部。本發(fā)明的溫度感測部可以感測功率金氧半晶體管晶粒的溫度變化，從而提高溫度保護(hù)的準(zhǔn)確性，還可避免集成電路因為溫度過高而燒毀。另一方面，本發(fā)明相對于現(xiàn)有的具熱感測功能的集成電路，構(gòu)造簡單。又由于不改變原本制程，可以避免電路面積增加。

為讓本發(fā)明的上述特征和優(yōu)點(diǎn)能更明顯易懂，下文特舉實施例，并配合附圖作詳細(xì)說明如下。

附圖說明

下面的附圖是本發(fā)明的說明書的一部分，其顯示了本發(fā)明的示例實施例，附圖與說明書的描述一起用來說明本發(fā)明的原理。

圖1是現(xiàn)有的溫度傳感器的電路圖；

圖2是現(xiàn)有的集成電路的配置的俯視圖；

圖3A是現(xiàn)有的功率金氧半晶體管晶粒的等效電路圖；

圖3B是圖3A的功率金氧半晶體管晶粒的結(jié)構(gòu)的剖面圖；

圖4A是依照本發(fā)明一實施例的功率金氧半晶體管晶粒的等效電路圖；

圖4B是于圖4A的功率金氧半晶體管晶粒的結(jié)構(gòu)的剖面圖；

圖5A是依照本發(fā)明另一實施例的功率金氧半晶體管晶粒的等效電路圖；

圖5B是基于圖5A的功率金氧半晶體管晶粒的結(jié)構(gòu)的剖面圖；

圖6是依照本發(fā)明一實施例的具熱感測功能的集成電路的電路圖；

圖7是依照本發(fā)明一實施例的具熱感測功能的集成電路的電路圖；

圖8是依照本發(fā)明一實施例的具熱感測功能的集成電路的電路圖；

圖9是依照本發(fā)明一實施例的具熱感測功能的集成電路的電路圖。

附圖標(biāo)記：

12：雙極型接面晶體管組件

14：電流源

16：比較器

20、22、30、40、50：功率金氧半晶體管晶粒

24、60、60A、60B、60C：控制器晶粒

62：位準(zhǔn)偏移器

62A：第一定電流源

62B：第二定電流源

64：第一比較器

66：開關(guān)

68、68A：位準(zhǔn)偏移器

70：第三定電流源

72：第二比較器

74：N型金氧半晶體管

76：第一P型金氧半晶體管

78：第二P型金氧半晶體管

80：電流鏡

200、600、600A、800、800A：集成電路

C：電容器

D：漏極

G：柵極

GND：接地端

GS：柵極與源極共接

I：電流信號

LG：控制端

N：倍率

N42、N52：開關(guān)部

N44、N54：溫度感測部

n+：高摻雜濃度n型區(qū)域

n-：低摻雜濃度n型區(qū)域

OTP：溫度保護(hù)信號

PHASE：相位端

pw：P阱區(qū)域

p+：高摻雜濃度p型區(qū)域

R1：第一電阻

R2：第二電阻

R3：第三電阻

S：源極

SiO₂：二氧化硅區(qū)域

SENSE：熱信號輸出端

VD、VP、V1～V3：電壓

TM：溫度監(jiān)控信號

具體實施方式

現(xiàn)在將詳細(xì)參考本發(fā)明的示范性實施例，并在附圖中說明所述示范性實施例的實例。另外，在附圖及實施方式中所使用相同或類似標(biāo)號的組件/構(gòu)件是用來表示相同或類似部分。

在下述諸實施例中，當(dāng)組件被指為“耦接”至另一組件時，其可為直接連接或耦接至另一組件，或可能存在介于其間的組件。術(shù)語“電路”可表示為至少一組件或多個組件，或者主動地和/或被動地而耦接在一起的組件以提供合適功能。術(shù)語“信號”可表示為至少一電流、電壓、負(fù)載、溫度、數(shù)據(jù) 或其他信號。應(yīng)理解，貫穿本說明書以及附圖所指的信號，其物理特性可以為電壓或是電流。術(shù)語“同步”表示該信號的周期切換動作是彼此相關(guān)，而非限定于時間上的一致。

應(yīng)理解，盡管本文中可使用術(shù)語第一、第二等等以描述各種組件，但此等組件不應(yīng)受到此等術(shù)語限制。此等術(shù)語僅用以區(qū)分一個組件與另一組件。舉例而言，在不脫離本揭示內(nèi)容的教示的情況下，第一開關(guān)可被稱為第二開關(guān)，且類似地，第二開關(guān)可被稱為第一開關(guān)。

圖4A是依照本發(fā)明一實施例的功率金氧半晶體管晶粒(power MOS transistor die)的等效電路圖。圖4B是基于圖4A的功率金氧半晶體管晶粒的結(jié)構(gòu)的剖面圖。請參閱圖4A及圖4B。在圖4B，除了上層有關(guān)電極的金屬繞線(metal wire)稍有不同之外，功率金氧半晶體管晶粒40示出具相同結(jié)構(gòu)的三個NMOS單元(cell)。標(biāo)示“PHASE”、“LG”、“SENSE”和“GND”分別表示“相位端”、“控制端”、“熱信號輸出端”和“接地端”。標(biāo)示“G”、“D”、“S”和“GS”分別表示“柵極”、”漏極”、“源極”和“柵極與源極共接”。標(biāo)示“n+”、“n-”、“p+”、“pw”和“SiO₂”分別表示“高摻雜濃度n型區(qū)域”、“低摻雜濃度n型區(qū)域”、“高摻雜濃度p型區(qū)域”、“P阱區(qū)域”和“二氧化硅區(qū)域”。NMOS晶體管晶粒結(jié)構(gòu)的細(xì)節(jié)為本領(lǐng)域普通技術(shù)人員慣用技術(shù)手段，且因此下文中省去其詳細(xì)描述。

功率金氧半晶體管晶粒40包括控制端LG、相位端PHASE、接地端GND以及熱信號輸出端SENSE，且還包括開關(guān)部(switch part)N42以及溫度感測部(temperature sensing part)N44。在圖4B示出開關(guān)部N42的單元(cell)數(shù)目為兩個，但也可以為一個，或是兩個以上，視設(shè)計而定。在圖4B示出溫度感測部N44的單元數(shù)目為一個，但也可以為多個，視設(shè)計而定。

開關(guān)部N42具有第一電極(柵極G)、第二電極(源極S)以及第三電極(漏極D)。開關(guān)部N42的第一電極耦接控制端LG，其第二電極耦接至接地端GND，其第三電極耦接相位端PHASE。溫度感測部N44同樣也具有第一電極(柵極G)、第二電極(源極S)以及第三電極(漏極D)。溫度感測部N44的第二電極耦接熱信號輸出端SENSE，其第三電極耦接開關(guān)部N42的第三電極。

圖4A中，溫度感測部N44第一電極與第二電極兩者耦接至熱信號輸出 端SENSE。開關(guān)部N42與溫度感測部N44共享漏極D，其中漏極D耦接相位端PHASE。

此外，當(dāng)熱信號輸出端SENSE上的電壓大于相位端PHASE上的電壓時，可進(jìn)行熱感測功能。

在本實施例中，可以不改變原本功率金氧半晶體管晶粒40的制程。開關(guān)部N42與溫度感測部N44配置為相同制程所制造的金氧半晶體管。因此可以在同一個功率金氧半晶體管晶粒40內(nèi)配置開關(guān)部N42與溫度感測部N44。功率金氧半晶體管晶粒40相較于圖3A的功率金氧半晶體管晶粒30而言，僅多配置一個熱信號輸出端SENSE。

圖5A是依照本發(fā)明另一實施例的功率金氧半晶體管晶粒的等效電路圖。圖5B為基于圖5A的功率金氧半晶體管晶粒的結(jié)構(gòu)的剖面圖。請參閱圖5A及圖5B。功率金氧半晶體管晶粒50包括開關(guān)部N52以及溫度感測部N54。換言之，開關(guān)部N52與溫度感測部N54配置在同一個功率金氧半晶體管晶粒50。在圖5B示出開關(guān)部N52的單元數(shù)目為兩個，但也可以為一個，或是兩個以上，視設(shè)計而定。在圖5B示出溫度感測部N54的單元數(shù)目為一個，但也可以為多個，視設(shè)計而定。

圖5A中的開關(guān)部N52與圖4A中的開關(guān)部N42的耦接方式相同。圖5A中的溫度感測部N54與圖4A中的溫度感測部N44的耦接方式類似，差異僅在溫度感測部N54的第一電極(柵極G)并不耦接其第二電極(源極S)，而是耦接至開關(guān)部N52的第二電極(源極S)。

圖6是依照本發(fā)明一實施例的具熱感測功能的集成電路的電路圖。請參閱圖6。集成電路600包括功率金氧半晶體管晶粒40與控制器晶粒(controller die)60。功率金氧半晶體管晶粒40包括開關(guān)部N42以及溫度感測部N44。關(guān)于功率金氧半晶體管晶粒40的實施方式可以參閱圖4A和圖4B的說明。另外，在圖6中的功率金氧半晶體管晶粒40可以置換為功率金氧半晶體管晶粒50。關(guān)于功率金氧半晶體管晶粒50的實施方式可以參閱圖5A和圖5B的說明。另外，功率金氧半晶體管晶粒40的配置位置可對應(yīng)于如圖2的功率金氧半晶體管晶粒20或功率金氧半晶體管晶粒22，并且控制器晶粒60的配置位置可對應(yīng)于如圖2的控制器晶粒24。

控制器晶粒60包括位準(zhǔn)偏移器62、第一比較器64以及開關(guān)66。位準(zhǔn)偏 移器62耦接相位端PHASE，用以轉(zhuǎn)換來自相位端PHASE的信號。第一比較器64的第一輸入端耦接位準(zhǔn)偏移器62的輸出端，其第二輸入端耦接熱信號輸出端SENSE。開關(guān)66的一端耦接第一比較器64的輸出端，開關(guān)66的另一端用于輸出溫度保護(hù)信號OTP?？刂破骶Я?0的開關(guān)66與功率金氧半晶體管晶粒40的控制端LG的導(dǎo)通時間(on time)同步。

在功率金氧半晶體管晶粒40被開啟時，集成電路600利用開關(guān)66來進(jìn)行熱感測。此時，相位端PHASE會降到低電壓(例如，接地電壓)。溫度感測部N44的寄生二極管將隨著不同溫度而產(chǎn)生不同電壓。當(dāng)熱信號輸出端SENSE上的電壓大于相位端PHASE上的電壓時，可進(jìn)行熱感測功能時。功率金氧半晶體管晶粒40可以將熱信號輸出端SENSE和相位端PHASE上的信號傳送至控制器晶粒60。位準(zhǔn)偏移器62用以對來自相位端PHASE的信號進(jìn)行轉(zhuǎn)換運(yùn)作而產(chǎn)生電壓VP。如此一來，第一比較器64可以比較電壓VP與熱信號輸出端SENSE上的電壓VD，進(jìn)而通過開關(guān)66輸出溫度保護(hù)信號OTP。

于本發(fā)明的一實施例中，當(dāng)集成電路600屬于功率轉(zhuǎn)換電路的降壓(buck)結(jié)構(gòu)時，開關(guān)部N42配置在功率金氧半晶體管晶粒40所起的作用相當(dāng)于功率轉(zhuǎn)換電路的下橋開關(guān)(low side switch)。

圖7是依照本發(fā)明一實施例的具熱感測功能的集成電路的電路圖。請參閱圖7。集成電路600A是基于集成電路600的結(jié)構(gòu)。關(guān)于第一比較器64與開關(guān)66的說明可以參見前文，在此不加以贅述。

在控制器晶粒60A中，位準(zhǔn)偏移器62包括第一定電流源62A、第二定電流源62B以及第一電阻R1。第一定電流源62A耦接第一比較器64的第一輸入端，并且經(jīng)由第一電阻R1耦接至相位端PHASE。第二定電流源62B耦接熱信號輸出端SENSE與第一比較器64的第二輸入端。第一電阻R1的一端耦接第一定電流源62A與第一比較器64的第一輸入端，且其另一端耦接相位端PHASE。第一定電流源62A與第一電阻R1的作用將使相位端PHASE上的電壓增加一個數(shù)值，以產(chǎn)生比較用的電壓VP。如此一來，第一比較器64可以比較電壓VP與熱信號輸出端SENSE上的電壓VD，進(jìn)而通過開關(guān)66輸出溫度保護(hù)信號OTP。

圖8是依照本發(fā)明一實施例的具熱感測功能的集成電路的電路圖。請參 閱圖8。集成電路800包括功率金氧半晶體管晶粒40與控制器晶粒60B。功率金氧半晶體管晶粒40包括開關(guān)部N42以及溫度感測部N44。關(guān)于功率金氧半晶體管晶粒40的實施方式可以參閱圖4A和圖4B的說明。另外，在圖8中的功率金氧半晶體管晶粒40可以置換為功率金氧半晶體管晶粒50。關(guān)于功率金氧半晶體管晶粒50的實施方式可以參閱圖5A和圖5B的說明。另外，功率金氧半晶體管晶粒40的配置位置可對應(yīng)于如圖2的功率金氧半晶體管晶粒20或功率金氧半晶體管晶粒22，并且控制器晶粒60B的配置位置可對應(yīng)于如圖2的控制器晶粒24。

控制器晶粒60B包括開關(guān)66?？刂破骶Я?0B的開關(guān)66與功率金氧半晶體管晶粒40的控制端LG的導(dǎo)通時間同步。在功率金氧半晶體管晶粒40開啟時，集成電路800利用開關(guān)66來進(jìn)行熱感測。此時，相位端PHASE會降到低電壓(例如，接地電壓)。溫度感測部N44的寄生二極管將隨著不同溫度而產(chǎn)生不同電壓。當(dāng)熱信號輸出端SENSE上的電壓大于相位端PHASE上的電壓時，可進(jìn)行熱感測功能。功率金氧半晶體管晶粒40可以將熱信號輸出端SENSE和相位端PHASE上的信號傳送至控制器晶粒60B。

詳細(xì)而言，控制器晶粒60B還包括位準(zhǔn)偏移器68。位準(zhǔn)偏移器68的第一端耦接相位端PHASE，其第二端耦接熱信號輸出端SENSE，其輸出端耦接開關(guān)66的一端，以及其接地端GND耦接地。位準(zhǔn)偏移器68用以對來自相位端PHASE與熱信號輸出端SENSE的兩個信號進(jìn)行轉(zhuǎn)換運(yùn)作。開關(guān)66的另一端用于輸出溫度監(jiān)控信號TM。

于本發(fā)明的一實施例中，當(dāng)集成電路800屬于功率轉(zhuǎn)換電路的降壓結(jié)構(gòu)時，開關(guān)部N42配置在功率金氧半晶體管晶粒40所起的作用相當(dāng)于功率轉(zhuǎn)換電路的下橋開關(guān)。

圖9是依照本發(fā)明一實施例的具熱感測功能的集成電路的電路圖。請參閱圖9。集成電路800A是基于集成電路800的結(jié)構(gòu)。在控制器晶粒60C中，位準(zhǔn)偏移器68A包括第三定電流源70、第二比較器72、第二電阻R2、N型金氧半晶體管74、電流鏡80(包含第一P型金氧半晶體管76與第二P型金氧半晶體管78)以及第三電阻R3。第三定電流源70的一端耦接熱信號輸出端SENSE。第二比較器72的第一輸入端(例如正輸入端)也耦接熱信號輸出端SENSE。第二電阻R2的一端耦接第二比較器72的第二輸入端(例如負(fù) 輸入端)，其另一端耦接相位端PHASE。N型金氧半晶體管74的柵極耦接第二比較器72的輸出端，其源極耦接第二比較器72的第二輸入端。第一P型金氧半晶體管76的柵極與漏極兩者耦接至N型金氧半晶體管74的漏極。第二P型金氧半晶體管78的柵極耦接第一P型金氧半晶體管76的柵極，其漏極耦接開關(guān)66的一端。第三電阻R3的一端耦接第二P型金氧半晶體管78的漏極，其另一端耦接接地端GND。第一P型金氧半晶體管76與第二P型金氧半晶體管78被配置作為電流鏡80。開關(guān)66的另一端用于輸出溫度監(jiān)控信號TM。

位準(zhǔn)偏移器68A將熱信號輸出端SENSE和相位端PHASE的兩者間的信號轉(zhuǎn)換成對地(GND)的溫度監(jiān)控信號TM。原理如下。位準(zhǔn)偏移器68A將熱信號輸出端SENSE上的電壓V1和相位端PHASE上的電壓V2轉(zhuǎn)換成電流信號I，再通過電流鏡80將電流信號I放大N倍。于是，經(jīng)放大的電流信號(N×I)于第三電阻R3的一端產(chǎn)生電壓V3，電壓V3即為相對于地(GND)的信號。電壓V3還可以通過開關(guān)66與電容器C進(jìn)行取樣及維持，將感測到的信號儲存在電容器C上以作為溫度監(jiān)控信號TM。

另外。電流鏡80中的倍率為1:N，N表示倍率。N倍可以為1倍或是1倍以上。第二電阻R2與第三電阻R3的數(shù)值可以相同，也可以不相同。

于本發(fā)明的一實施例中，溫度監(jiān)控信號TM還可以再進(jìn)行放大，以利應(yīng)用于后級電路。

綜上所述，本發(fā)明的具熱感測功能的集成電路不改變原本制程，且在同一個功率金氧半晶體管晶粒內(nèi)配置開關(guān)部與溫度感測部。本發(fā)明的溫度感測部可以感測功率金氧半晶體管晶粒的溫度變化，從而提高溫度保護(hù)的準(zhǔn)確性，還可避免集成電路因為溫度過高而燒毀。另一方面，本發(fā)明相對于現(xiàn)有的具熱感測功能的集成電路，構(gòu)造簡單。又由于不改變原本制程，可以避免電路面積增加。

雖然本發(fā)明已以實施例揭示如上，然其并非用以限定本發(fā)明，任何所屬技術(shù)領(lǐng)域中普通技術(shù)人員，在不脫離本發(fā)明的精神和范圍內(nèi)，當(dāng)可作些許的改動與潤飾，故本發(fā)明的保護(hù)范圍當(dāng)視所附權(quán)利要求界定范圍為準(zhǔn)。