一种低压大电流Mosfet功率芯片
技术领域
本发明属于电子元件领域,尤其涉及一种低压大电流Mosfet功率芯片。
背景技术
芯片一般是指内含集成电路的硅片,体积很小。也泛指所有的半导体元器件,是在硅板上集合多种电子元器件实现某种特定功能的电路模块。芯片已经是电子设备中最重要的部分,承担着运算和存储的功能,长久以来芯片散热总是问题。而目前对于低压大电流Mosfet功率芯片的研究很少,比如现有技术的中国实用新型专利CN201821369046.0公开了相关技术中的一种低压大电流Mosfet功率模块,其包括驱动保护线路板、陶瓷板、Mosfet芯片、上盖体、散热基板体;数个Mosfet芯片两两并联连接形成Mosfet芯片阵列;驱动保护线路板和陶瓷板均固定在散热基板体上,Mosfet芯片阵列固定在陶瓷板上,且Mosfet芯片中每一个Mosfet芯片的漏极均与陶瓷板焊接,每一个Mosfet芯片的栅极和源极均与驱动保护线路板连接;散热基板体的内部设置有数个横向贯通的散热孔一,散热基板体的内部设置有数个前后方向的贯通的散热孔二,且散热孔一与散热孔二连通,散热孔一与散热孔二的连接处设置有垂直于散热孔一的散热孔三,且散热孔三的上端与散热基板体贯通,所述散热基板体的上端固定安装有上盖体,上盖体的中部设置有散热板体。可见现有技术中Mosfet相关技术中或者Mosfet功率芯片相关技术中散热是比较常见的问题。
发明内容
本发明的目的在于提供一种低压大电流Mosfet功率芯片。
为实现上述目的,本发明采用如下技术方案:
一种低压大电流Mosfet功率芯片,包括基板和引脚线,基板内嵌设用于基础运算第一晶圆组和用于辅助基础运算、辅助温控运算、辅助资源配置运算的第二晶圆组,第一晶圆组/第二晶圆组分别设置在基板的两侧,第一晶圆组的外侧设置第一散热层,第一晶圆组与第一散热层之间设置第一保护层,第二晶圆组的外侧设置第二散热层,第二晶圆组与第二散热层之间设置第二保护层,第一晶圆组的引脚线穿过第二晶圆组并在第二晶圆组相应引脚位置连接,所述的第一晶圆组外周设置第一导热通道,所述的第二晶圆组外周设置第二导热通道;引脚线包括具有专用标准的测温标准引脚、控温标准引脚、控温标准预留引脚、资源配置信号引脚、测温标准预留引脚、资源配置信号预留引脚,还包括若干个具有通用标准的常规信号/电源引脚。
进一步,所述的第一晶圆组包括配置的检测电路、存储电路、控制电路、驱动电路、电源管理电路,检测电路、存储电路、驱动电路、电源管理电路均与控制电路电连接;所述的检测电路、存储电路、控制电路、驱动电路、电源管理电路在硬件上均连接常规信号/电源引脚。
进一步,所述的第二晶圆组包括配置的检测电路、存储电路、控制电路、驱动电路、电源管理电路、温控处理电路、资源配置电路,检测电路、存储电路、驱动电路、电源管理电路、温控处理电路、资源配置电路均与控制电路电连接;所述的检测电路、存储电路、控制电路、驱动电路、电源管理电路在硬件上均连接常规信号/电源引脚;所述的温控处理电路用于获取温度信号并输出温度控制信号且在硬件上连接测温标准引脚、控温标准引脚、控温标准预留引脚、测温标准预留引脚;所述的资源配置电路用于获得资源占用信号且在硬件上连接资源配置信号引脚和资源配置信号预留引脚。
进一步,所述的测温标准引脚被配置至少电连接温度测试电路,温度测试电路包括电连接的传感器、模数转换电路、数字信号处理电路,其中的传感器可设置在第一散热层和第二散热层的一侧。
进一步,所述的控温标准引脚被配置至少电连接温度控制电路,温度控制电路至少电连接一个带有数字控制电路的降温设备,数字控制电路的控制信号由控温标准引脚的输出信号标准确定。
进一步,所述的资源配置信号引脚被配置至少电连接资源配置采集电路,资源配置采集电路包括电连接的分支线、计数电路、数字处理电路,其中的分支线为若干条并且每条连接一根常规信号/电源引脚,分支线用于向计数电路发送不同的常规信号/电源引脚在一个或多个时钟周期内的电平变化次数,计数电路用于统计并整理不同的常规信号/电源引脚在一个或多个时钟周期内的电平变化次数并发送给数字处理电路,数字处理电路用于将不同的常规信号/电源引脚在一个或多个时钟周期内的电平变化次数转换为资源配置信号并向资源配置信号引脚发送资源配置信号。
进一步,数字处理电路将一个或多个时钟周期内的电平变化次数转换为资源配置信号具体是,常规信号/电源引脚共计n个,将常规信号/电源引脚编号为y1-yn;不断获取一个或多个时钟周期内的引脚y1-yn电平变化次数,直到获取m个时钟周期内的引脚y1-yn电平变化次数且m满足引脚y1-yn中的任意一个引脚的电平变化在m个时钟周期内均具有周期性,然后计算引脚y1-yn中每一个引脚在m个时钟周期内的变化次数,将该数据按照预设格式配置为电信号即资源配置信号。
进一步,所述的第一散热层上设置若干散热金属片,第一散热层上不同区域设置不同密度的散热金属片,散热金属片的密度与其临近第一晶圆组的不同区域常规工作功率成正相关;所述的第二散热层上设置若干散热金属片,第二散热层上不同区域设置不同密度的散热金属片,散热金属片的密度与其临近第二晶圆组的不同区域常规工作功率成正相关。
进一步,所述的散热金属片的密度与其临近第一晶圆组的不同区域常规工作功率成正相关或者散热金属片的密度与其临近第二晶圆组的不同区域常规工作功率成正相关,具体是,首先将第一晶圆组/第二晶圆组按照预设电路模块/预设寄存器/预设门电路的具体分布化分为若干区域,提前定义常规信号/电源引脚的功能、命令集及工作方式集合,通过获取的资源配置信号及提前定义数据反推运算第一晶圆组/第二晶圆组不同区域的工作功率,不同区域第一晶圆组/第二晶圆组的相邻散热金属片布置时其布置数量等于一个大于零的系数k与对应区域工作功率的乘积。
有益效果:
本发明尤其关注并解决低压大电流Mosfet功率芯片的散热问题,尤其在晶圆组外配置了散热层并且利用导热通道导热提高了芯片的直接散热效率,还配置了第二晶圆组的电路用于散热的专门控制,还可以实现辅助资源配置运算,当运算过大资源不够使用时,通过辅助资源配置运算获取;具体中,专门的温控处理电路在硬件上连接测温标准引脚、控温标准引脚、控温标准预留引脚,获取温度信号并输出温度控制信号,资源配置电路在硬件上连接资源配置信号引脚获得资源占用信号;具体中,分支线向计数电路发送不同的常规信号/电源引脚在一个或多个时钟周期内的电平变化次数,计数电路统计并整理不同的常规信号/电源引脚在一个或多个时钟周期内的电平变化次数并发送给数字处理电路,数字处理电路将不同的常规信号/电源引脚在一个或多个时钟周期内的电平变化次数转换为资源配置信号并向资源配置信号引脚发送资源配置信号;依据资源配置信号,散热金属片的密度与其临近晶圆组的不同区域常规工作功率成正相关配置,科学地提高了散热效率及减低散热成本,并且效果优良。
附图说明
图1是本发明实施例结构示意图并具体是层截图;
图2是本发明实施例结构示意图并具体是俯视图;
图3是本发明实施例第一晶圆组的电路组成框图;
图4是本发明实施例第二晶圆组的电路组成框图;
图5是本发明实施例结构所配置温度测试电路框图;
图6是本发明实施例结构所配置资源配置采集电路框图;
图7是实施中参考芯片c1-c30载热率分布的散点图;
图8是实施中参考芯片d1-d30载热率分布的散点图;
图9是实施中参考芯片c1-c36、d1-d36和本发明中芯片e1-e36共同的载热率分布的散点图。
图中,基板1;第一晶圆组2;第二晶圆组3;第一保护层4;第二保护层5;第一散热层6;第二散热层7;第一导热通道8;第二导热通道9;引脚线10;
测温标准引脚101;控温标准引脚102;控温标准预留引脚103;资源配置信号引脚104;测温标准预留引脚105;资源配置信号预留引脚106;常规信号/电源引脚107。
具体实施方式
如图1-2所示,本发明一种低压大电流Mosfet功率芯片的实施例包括基板1和引脚线10,基板1内嵌设用于基础运算第一晶圆组2和用于辅助基础运算、辅助温控运算、辅助资源配置运算的第二晶圆组3,第一晶圆组2/第二晶圆组3分别设置在基板1的两侧,第一晶圆组2的外侧设置第一散热层6,第一晶圆组2与第一散热层6之间设置第一保护层4,第二晶圆组3的外侧设置第二散热层7,第二晶圆组3与第二散热层7之间设置第二保护层5,第一晶圆组2的引脚线10穿过第二晶圆组3并在第二晶圆组3相应引脚位置连接,所述的第一晶圆组2外周设置第一导热通道8,所述的第二晶圆组3外周设置第二导热通道9;引脚线10包括具有专用标准的测温标准引脚101、控温标准引脚102、控温标准预留引脚103、资源配置信号引脚104、测温标准预留引脚105、资源配置信号预留引脚106,还包括若干个具有通用标准的常规信号/电源引脚107;在实施中基板1上配置第一晶圆组2或第二晶圆组3的工艺可以采用现有技术中的方法,比如,在硅衬底上生长N-漂移层;在前叙N-漂移层内制备P阱;在前叙P阱内制备N+源区和P+接触区;在包括前叙N+源区和前叙P+接触区的前叙P阱以及前叙N-漂移层上依次制备第一隔离介质层、栅极和第二隔离介质层;在前叙N+源区和前叙P+接触区表面制备欧姆接触孔;在前叙欧姆接触孔中制备源极欧姆接触金属层;在前叙源极欧姆接触金属层和前叙第二隔离介质层上制备源极铜石墨烯电极;在前叙硅衬底背面制备漏极欧姆接触金属层;在前叙漏极欧姆接触金属层表面制备漏极电极,最终形成前叙第一晶圆组2或第二晶圆组3;具体地,在前叙源极欧姆接触金属层和前叙第二隔离介质层上制备源极铜石墨烯电极,是利用磁控溅射工艺,在前叙欧姆接触金属层和前叙第二隔离介质层上溅射铜石墨烯复合材料形成前叙源极铜石墨烯电极;具体地,在前叙源极欧姆接触金属层和前叙第二隔离介质层上制备源极铜石墨烯电极,包括:利用磁控溅射工艺,在前叙源极欧姆接触金属层和前叙第二隔离介质层上溅射第一铜金属层;在高温下,利用CVD工艺,在前叙第一铜金属层表面生长石墨烯层;利用磁控溅射工艺,在前叙石墨烯层表面溅射第二铜金属层;在较低些的温度下,退火半小时,形成前叙源极铜石墨烯电极。
具体实施中,所述的第一晶圆组2用于常规配置的运算,所述的第一散热层6用于工作时的散热,所述的第一导热通道8用于将主要第一晶圆组2工作的热量传递给第一散热层6另外第一晶圆组2也可以直接传递热量到第一散热层6,所述的第一保护层4是导热材料;在实施中,所述的第二晶圆组3一般是备用的,并且所述的第二晶圆组3还用于散热的专门控制,具体地第二晶圆组3用作辅助第一晶圆组2的基础运算、辅助温控运算、辅助资源配置运算,当运算过大第一晶圆组2的资源不够使用时(通过辅助资源配置运算获取)或使用存在较大风险时(通过辅助资源配置运算获取)第二晶圆组3用于辅助第一晶圆组2的基础运算,在正常情况下第二晶圆组3仅用来辅助温控运算。
如图3所示,所述的第一晶圆组2包括配置的检测电路、存储电路、控制电路、驱动电路、电源管理电路,检测电路、存储电路、驱动电路、电源管理电路均与控制电路电连接;所述的检测电路、存储电路、控制电路、驱动电路、电源管理电路在硬件上均连接常规信号/电源引脚107。具体实施中,检测电路、存储电路、控制电路、驱动电路、电源管理电路均用于基础运算即通过常规信号/电源引脚107连接其他电路提供基础运算。
如图4所示,所述的第二晶圆组3包括配置的检测电路、存储电路、控制电路、驱动电路、电源管理电路、温控处理电路、资源配置电路,检测电路、存储电路、驱动电路、电源管理电路、温控处理电路、资源配置电路均与控制电路电连接;所述的检测电路、存储电路、控制电路、驱动电路、电源管理电路在硬件上均连接常规信号/电源引脚107;所述的温控处理电路用于获取温度信号并输出温度控制信号且在硬件上连接测温标准引脚101、控温标准引脚102、控温标准预留引脚103、测温标准预留引脚105;所述的资源配置电路用于获得资源占用信号且在硬件上连接资源配置信号引脚104和资源配置信号预留引脚106;具体实施中,温控处理电路在硬件上连接测温标准引脚101、控温标准引脚102、控温标准预留引脚103、测温标准预留引脚105,获取温度信号并输出温度控制信号,同时,所述的资源配置电路在硬件上连接资源配置信号引脚104和资源配置信号预留引脚106,获得资源占用信号。
如图5所示,所述的测温标准引脚101被配置至少电连接温度测试电路,温度测试电路包括电连接的传感器、模数转换电路、数字信号处理电路,其中的传感器可设置在第一散热层6和第二散热层7的一侧;具体实施中,可以通过温度测试电路将实时的温度信号传递给测温标准引脚101。所述的控温标准引脚102被配置至少电连接温度控制电路,温度控制电路至少电连接一个带有数字控制电路的降温设备,数字控制电路的控制信号由控温标准引脚102的输出信号标准确定;具体实施中,可以通过控温标准引脚102向数字控制电路发送控制信号,该控制信号实质是基于“温度测试电路将实时的温度信号传递给测温标准引脚101”的负反馈信号。
如图6所示,所述的资源配置信号引脚104被配置至少电连接资源配置采集电路,资源配置采集电路包括电连接的分支线、计数电路、数字处理电路,其中的分支线为若干条并且每条连接一根常规信号/电源引脚107,分支线用于向计数电路发送不同的常规信号/电源引脚107在一个或多个时钟周期内的电平变化次数,计数电路用于统计并整理不同的常规信号/电源引脚107在一个或多个时钟周期内的电平变化次数并发送给数字处理电路,数字处理电路用于将不同的常规信号/电源引脚107在一个或多个时钟周期内的电平变化次数转换为资源配置信号并向资源配置信号引脚104发送资源配置信号。
具体实施中,首先分支线向计数电路发送不同的常规信号/电源引脚107在一个或多个时钟周期内的电平变化次数,计数电路统计并整理不同的常规信号/电源引脚107在一个或多个时钟周期内的电平变化次数并发送给数字处理电路,数字处理电路将不同的常规信号/电源引脚107在一个或多个时钟周期内的电平变化次数转换为资源配置信号并向资源配置信号引脚104发送资源配置信号。
数字处理电路将一个或多个时钟周期内的电平变化次数转换为资源配置信号具体是,常规信号/电源引脚共计n个,将常规信号/电源引脚编号为y1-yn;不断获取一个或多个时钟周期内的引脚y1-yn电平变化次数,直到获取m个时钟周期内的引脚y1-yn电平变化次数且m满足引脚y1-yn中的任意一个引脚的电平变化在m个时钟周期内均具有周期性,然后计算引脚y1-yn中每一个引脚在m个时钟周期内的变化次数,将该数据按照预设格式配置为电信号即资源配置信号;具体实施中引脚y1-yn中的任意一个引脚的电平变化在m个时钟周期内均具有周期性实质则是任意一个引脚的电平变化均具备规律性,通过获取这种规律性的变化实质则获取了整个芯片的应用工作周期,也获取了芯片的工作规律,这种工作规律的具体表现则是电信号变化,也是资源配置信号的依据。
所述的第一散热层6上设置若干散热金属片,第一散热层6上不同区域设置不同密度的散热金属片,散热金属片的密度与其临近第一晶圆组2的不同区域常规工作功率成正相关;所述的第二散热层7上设置若干散热金属片,第二散热层7上不同区域设置不同密度的散热金属片,散热金属片的密度与其临近第二晶圆组3的不同区域常规工作功率成正相关;实施中将散热金属片的上述配置科学地提高了散热效率及减低散热成本,因为实践中散热金属片需要散热的量必然与其临近的晶圆组工作功率有关,晶圆组工作功率根据其本身区域不同也不相同,所以,散热金属片的密度与其临近晶圆组的不同区域常规工作功率成正相关配设。
所述的散热金属片的密度与其临近第一晶圆组2的不同区域常规工作功率成正相关或者散热金属片的密度与其临近第二晶圆组3的不同区域常规工作功率成正相关,具体是,首先将第一晶圆组2/第二晶圆组3按照预设电路模块/预设寄存器/预设门电路的具体分布化分为若干区域,提前定义常规信号/电源引脚的功能、命令集及工作方式集合,通过获取的资源配置信号及提前定义数据反推运算第一晶圆组2/第二晶圆组3不同区域的工作功率,实际上资源配置信号即芯片的工作规律,在获取芯片的工作规律基础上就可以使用提前定义常规信号/电源引脚的功能、命令集及工作方式集合数据获得芯片具体的工作功率,自然可以获取第一晶圆组2/第二晶圆组3不同区域的工作功率,在不同区域第一晶圆组2/第二晶圆组3的相邻散热金属片布置时其布置数量等于一个大于零的系数k与对应区域工作功率的乘积,实际也是要求晶圆组与其相邻的散热金属片布置时布置密度根据具体工作功率确定,要求该密度/数量等于一个大于零的系数k与对应区域工作功率的乘积则实质是要求“密度/数量与功率”为正比关系,其中的系数k则实际是用于确定具体比例以及完成单位量的转换需要。
具体实施中,为了形象示意本发明的效果,选取两组常规的相关功能芯片与本发明的芯片做散热性能的对比,两组常规的相关芯片编号分别是c1-c30、d1-d30,本发明的芯片编号为e1-e30,在芯片工作中通过外部测试的其发热热功率超过阈值则定义为载热工作,其载热工作时间/全部工作时间则定义为载热率,显然载热率越高芯片的散热性能越低,在实施中通过测试芯片c1-c36、d1-d36、e1-e36,其载热率数据如下:
通过测试数据表示,在实施中本发明的芯片的载热率显著低于相关功能芯片的载热率,本发明散热性能极好。另外,如图7是芯片c1-c30载热率分布的散点图,如图8是芯片d1-d30载热率分布的散点图,如图9是芯片c1-c36、d1-d36、e1-e36共同的载热率分布的散点图,通过图7-9可以表征,本发明的芯片的载热率显著低于相关功能芯片的载热率且载热率分布比较集中,即表明本发明散热性能极好且稳定性强。