TW201721832A - 具熱感測功能的功率金氧半電晶體晶粒以及積體電路 - Google Patents

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Abstract

本發明提供一種具熱感測功能的功率金氧半電晶體晶粒以及積體電路。功率金氧半電晶體晶粒具有控制端、相位端、接地端以及熱信號輸出端，且更包括開關部以及溫度感測部。開關部具有：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，耦接開關部的第三電極。開關部與溫度感測部配置為相同製程所製造的金氧半電晶體，且能夠準確地感測溫度。

Description

具熱感測功能的功率金氧半電晶體晶粒以及積體電路
本發明是有關於一種積體電路，且特別是有關於一種具熱感測功能的功率金氧半電晶體晶粒以及積體電路。
圖1是習知的溫度感測器的電路圖。請參閱圖1。在溫度感測器10中使用一個雙極型接面電晶體（bipolar junction transistor，BJT）元件12（例如NPN或PNP）與電流源14。PN接面會隨著不同溫度而產生不同電壓。比較器16比較所產生的電壓VT與另一個與溫度無關的電壓（例如當在160°C時，PN接面的電壓差為0.4V，且將此0.4V設定為預設值），以便在電壓VT超過0.4V時發出溫度保護信號OTP。藉此可保護積體電路（IC）在過熱的情況下，可以停止造成高溫的操作。
圖2是習知的積體電路的配置的俯視圖。積體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，積體電路200包括功率金氧半電晶體晶粒（power MOS transistor die）20、22與控制器晶粒（controller die）24。一般而言，溫度感測器配置於控制器晶粒24中。然而，當積體電路200具有功率金氧半電晶體晶粒20、22與控制器晶粒24時，由於功率金氧半電晶體晶粒20或22會有大電流流過，是整個積體電路中溫度最高的區域。然而，使用習知技術所感測到的溫度卻不是最高溫度。因此，若將溫度感測器配置在控制器晶粒24中，完全無法做到積體電路200的高溫保護，積體電路200容易過熱而被燒毀。
圖3A是習知的功率金氧半電晶體晶粒的等效電路圖。圖3B是圖3A的功率金氧半電晶體晶粒的結構的剖面圖。功率金氧半電晶體晶粒30在圖3B中示出具相同結構的三個NMOS單元（cell）。標示「PHASE」、「LG」和「GND」分別表示「相位端」、「控制端」和「接地端」。標示「G」、「D」和「S」分別表示「閘極」、「汲極」和「源極」。標示「n+」、「n-」、「p+」、「pw」和「SiO2 」分別表示「高摻雜濃度n型區域」、「低摻雜濃度n型區域」、「高摻雜濃度p型區域」、「P阱區域」和「二氧化矽區域」。功率金氧半電晶體晶粒結構的細節為一般熟習此項技術者所熟知，且因此下文中省去其詳細描述。
本發明提供一種具熱感測功能的積體電路。積體電路包括功率金氧半電晶體晶粒（die）。功率金氧半電晶體晶粒包括控制端、相位端、接地端以及熱信號輸出端，且功率金氧半電晶體晶粒更包括兩個區塊，分別為開關部（part）與溫度感測部，每個區塊由一到多個單元（cell）構成。開關部具有：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，耦接開關部的第三電極。開關部與溫度感測部配置為相同製程所製造的金氧半電晶體。
於本發明的一實施例中，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。
於本發明的一實施例中，溫度感測部的第一電極耦接開關部的第二電極。
於本發明的一實施例中，當熱信號輸出端上的電壓大於相位端上的電壓時，進行熱感測功能。
於本發明的一實施例中，功率金氧半電晶體晶粒被配置作為功率轉換電路的下橋開關。
於本發明的一實施例中，積體電路更包括控制器晶粒。控制器晶粒包括位準偏移器、第一比較器以及開關。位準偏移器耦接相位端，用以轉換來自相位端的信號。第一比較器的第一輸入端耦接位準偏移器的輸出端，其第二輸入端耦接熱信號輸出端。開關的一端耦接第一比較器的輸出端，開關的另一端用於輸出溫度監控信號。控制器晶粒的開關與功率金氧半電晶體晶粒的控制端的導通時間同步。
於本發明的一實施例中，位準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。
於本發明的一實施例中，控制器晶粒更包括位準偏移器以及開關。位準偏移器用以轉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。開關的一端耦接位準偏移器的輸出端，另一端用於輸出溫度監控信號。控制器晶粒的開關與功率金氧半電晶體晶粒的控制端的導通時間同步。
於本發明的一實施例中，位準偏移器更包括第三定電流源、第二比較器、第二電阻、N型金氧半電晶體、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型金氧半電晶體的閘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型金氧半電晶體的汲極及關關的一端。第三電阻耦接關關的一端與接地端之間。
基於上述，本發明的具熱感測功能的積體電路不改變原本製程，且在同一個功率金氧半電晶體晶粒內配置開關部與溫度感測部。本發明的溫度感測部可以感測功率金氧半電晶體晶粒的溫度變化，從而提高溫度保護的準確性，還可避免積體電路因為溫度過高而燒毀。另一方面，本發明相對於習知的具熱感測功能的積體電路，構造簡單。又由於不改變原本製程，可以避免電路面積增加。
為讓本發明的上述特徵和優點能更明顯易懂，下文特舉實施例，並配合所附圖式作詳細說明如下。
現在將詳細參考本發明的示範性實施例，並在附圖中說明所述示範性實施例的實例。另外，在圖式及實施方式中所使用相同或類似標號的元件/構件是用來表示相同或類似部分。
在下述諸實施例中，當元件被指為「連接」或「耦接」至另一元件時，其可為直接連接或耦接至另一元件，或可能存在介於其間的元件。術語「電路」可表示為至少一元件或多個元件，或者主動地且/或被動地而耦接在一起的元件以提供合適功能。術語「信號」可表示為至少一電流、電壓、負載、溫度、資料或其他信號。應理解，貫穿本說明書以及圖式所指的信號，其物理特性可以為電壓或是電流。術語「同步」表示該信號的周期切換動作是彼此相關，而非限定於時間上的一致。
應理解，儘管本文中可使用術語第一、第二等等以描述各種元件，但此等元件不應受到此等術語限制。此等術語僅用以區分一個元件與另一元件。舉例而言，在不脫離本揭露內容的教示的情況下，第一開關可被稱為第二開關，且類似地，第二開關可被稱為第一開關。
圖4A是依照本發明一實施例的功率金氧半電晶體晶粒（power MOS transistor die）的等效電路圖。圖4B是基於圖4A的功率金氧半電晶體晶粒的結構的剖面圖。請參閱圖4A及圖4B。在圖4B，除了上層有關電極的金屬繞線（metal wire）稍有不同之外，功率金氧半電晶體晶粒40示出具相同結構的三個NMOS單元（cell）。標示「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」。標示「G」、「D」、「S」和「GS」分別表示「閘極」、「汲極」、「源極」和「閘極與源極共接」。標示「n+」、「n-」、「p+」、「pw」和「SiO2 」分別表示「高摻雜濃度n型區域」、「低摻雜濃度n型區域」、「高摻雜濃度p型區域」、「P阱區域」和「二氧化矽區域」。NMOS電晶體晶粒結構的細節為一般熟習此項技術者所熟知，且因此下文中省去其詳細描述。
功率金氧半電晶體晶粒40包括控制端LG、相位端PHASE、接地端GND以及熱信號輸出端SENSE，且更包括開關部（switch part）N42以及溫度感測部（temperature sensing part）N44。在圖4B示出開關部N42的單元（cell）數目為兩個，但也可以為一個，或是兩個以上，端視設計而定。在圖4B示出溫度感測部N44的單元數目為一個，但也可以為多個，端視設計而定。
開關部N42具有第一電極（閘極G）、第二電極（源極S）以及第三電極（汲極D）。開關部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（閘極G）、第二電極（源極S）以及第三電極（汲極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。開關部N42與溫度感測部N44共用汲極D，其中汲極D耦接相位端PHASE。
此外，當熱信號輸出端SENSE上的電壓大於相位端PHASE上的電壓時，可進行熱感測功能。
在本實施例中，可以不改變原本功率金氧半電晶體晶粒40的製程。開關部N42與溫度感測部N44配置為相同製程所製造的金氧半電晶體。因此可以在同一個功率金氧半電晶體晶粒40內配置開關部N42與溫度感測部N44。功率金氧半電晶體晶粒40相較於圖3A的NMOS電晶體晶粒30而言，僅多配置一個熱信號輸出端SENSE。
圖5A是依照本發明另一實施例的功率金氧半電晶體晶粒的等效電路圖。圖5B為基於圖5A的功率金氧半電晶體晶粒的結構的剖面圖。請參閱圖5A及圖5B。功率金氧半電晶體晶粒50包括開關部N52以及溫度感測部N54。換言之，開關部N52與溫度感測部N54配置在同一個功率金氧半電晶體晶粒50。在圖5B示出開關部N52的單元數目為兩個，但也可以為一個，或是兩個以上，端視設計而定。在圖5B示出溫度感測部N54的單元數目為一個，但也可以為多個，端視設計而定。
圖5A中的開關部N52與圖4A中的開關部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（閘極G）並不耦接其第二電極（源極S），而是耦接至開關部N52的第二電極（源極S）。
圖6是依照本發明一實施例的具熱感測功能的積體電路的電路圖。請參閱圖6。積體電路600包括功率金氧半電晶體晶粒40與控制器晶粒（controller die）60。功率金氧半電晶體晶粒40包括開關部N42以及溫度感測部N44。關於功率金氧半電晶體晶粒40的實施方式可以參閱圖4A和圖4B的說明。另外，在圖6中的功率金氧半電晶體晶粒40可以置換為功率金氧半電晶體晶粒50。關於功率金氧半電晶體晶粒50的實施方式可以參閱圖5A和圖5B的說明。另外，功率金氧半電晶體晶粒40的配置位置可對應於如圖2的功率金氧半電晶體晶粒20或22，並且控制器晶粒60的配置位置可對應於如圖2的控制器晶粒24。
控制器晶粒60包括位準偏移器62、第一比較器64以及開關66。位準偏移器62耦接相位端PHASE，用以轉換來自相位端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66的一端耦接第一比較器64的輸出端，開關66的另一端用於輸出溫度保護信號OTP。控制器晶粒60的開關66與功率金氧半電晶體晶粒40的控制端LG的導通時間（on time）同步。
在功率金氧半電晶體晶粒40被開啟時，積體電路600利用開關66來進行熱感測。此時，相位端PHASE會降到低電壓（例如，接地電壓）。溫度感測部N44的寄生二極體將隨著不同溫度而產生不同電壓。當熱信號輸出端SENSE上的電壓大於相位端PHASE上的電壓時，可進行熱感測功能時。功率金氧半電晶體晶粒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。位準偏移器62用以對來自相位端PHASE的信號進行轉換運作而產生電壓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，進而通過開關66輸出溫度保護信號OTP。
於本發明的一實施例中，當積體電路600屬於功率轉換電路的降壓（buck）架構時，開關部N42配置在功率金氧半電晶體晶粒40所起的作用相當於功率轉換電路的下橋開關（low side switch）。
圖7是依照本發明一實施例的具熱感測功能的積體電路的電路圖。請參閱圖7。積體電路600A是基於積體電路600的架構。關於第一比較器64與開關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，並且經有第一電阻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值，以產生比較用的電壓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，進而通過開關66輸出溫度保護信號OTP。
圖8是依照本發明一實施例的具熱感測功能的積體電路的電路圖。請參閱圖8。積體電路800包括功率金氧半電晶體晶粒40與控制器晶粒60B。功率金氧半電晶體晶粒40包括開關部N42以及溫度感測部N44。關於功率金氧半電晶體晶粒40的實施方式可以參閱圖4A和圖4B的說明。另外，在圖8中的功率金氧半電晶體晶粒40可以置換為功率金氧半電晶體晶粒50。關於功率金氧半電晶體晶粒50的實施方式可以參閱圖5A和圖5B的說明。另外，功率金氧半電晶體晶粒40的配置位置可對應於如圖2的功率金氧半電晶體晶粒20或22，並且控制器晶粒60B的配置位置可對應於如圖2的控制器晶粒24。
控制器晶粒60B包括開關66。控制器晶粒60B的開關66與功率金氧半電晶體晶粒40的控制端LG的導通時間同步。在功率金氧半電晶體晶粒40開啟時，積體電路800利用開關66來進行熱感測。此時，相位端PHASE會降到低電壓（例如，接地電壓）。溫度感測部N44的寄生二極體將隨著不同溫度而產生不同電壓。當熱信號輸出端SENSE上的電壓大於相位端PHASE上的電壓時，可進行熱感測功能。功率金氧半電晶體晶粒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。
詳細而言，控制器晶粒60B還包括位準偏移器68。位準偏移器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66的一端，以及其接地端GND耦接地。位準偏移器68用以對來自相位端PHASE與熱信號輸出端SENSE的兩個信號進行轉換運作。開關66的另一端用於輸出溫度監控信號TM。
於本發明的一實施例中，當積體電路800屬於功率轉換電路的降壓架構時，開關部N42配置在功率金氧半電晶體晶粒40所起的作用相當於功率轉換電路的下橋開關。
圖9是依照本發明一實施例的具熱感測功能的積體電路的電路圖。請參閱圖9。積體電路800A是基於積體電路800的架構。在控制器晶粒60C中，位準偏移器68A包括第三定電流源70、第二比較器72、第二電阻R2、N型金氧半電晶體74、電流鏡80（包含第一P型金氧半電晶體76與第二P型金氧半電晶體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（例如負輸入端），其另一端耦接相位端PHASE。N型金氧半電晶體74的閘極耦接第二比較器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型金氧半電晶體76的閘極與汲極兩者耦接至N型金氧半電晶體74的汲極。第二P型金氧半電晶體78的閘極耦接第一P型金氧半電晶體76的閘極，其汲極耦接關關66的一端。第三電阻R3的一端耦接第二P型金氧半電晶體78的汲極，其另一端耦接接地端GND。第一P型金氧半電晶體76與第二P型金氧半電晶體78被配置作為電流鏡80。開關66的另一端用於輸出溫度監控信號TM。
位準偏移器68A將熱信號輸出端SENSE和相位端PHASE的兩者間的信號轉換成對地（GND）的溫度監控信號TM。原理如下。位準偏移器68A將熱信號輸出端SENSE上的電壓V1和相位端PHASE上的電壓V2轉換成電流信號I，再通過電流鏡80將電流信號I放大N倍。於是，經放大的電流信號（N×I）於第三電阻R3的一端產生電壓V3，電壓V3即為相對於地（GND）的信號。電壓V3還可以通過開關66與電容器C進行取樣及維持，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的數值可以相同，也可以不相同。
於本發明的一實施例中，溫度監控信號TM還可以再進行放大，以利應用於後級電路。
綜上所述，本發明的具熱感測功能的積體電路不改變原本製程，且在同一個功率金氧半電晶體晶粒內配置開關部與溫度感測部。本發明的溫度感測部可以感測功率金氧半電晶體晶粒的溫度變化，從而提高溫度保護的準確性，還可避免積體電路因為溫度過高而燒毀。另一方面，本發明相對於習知的具熱感測功能的積體電路，構造簡單。又由於不改變原本製程，可以避免電路面積增加。
雖然本發明已以實施例揭露如上，然其並非用以限定本發明，任何所屬技術領域中具有通常知識者，在不脫離本發明的精神和範圍內，當可作些許的更動與潤飾，故本發明的保護範圍當視後附的申請專利範圍所界定者為準。
10‧‧‧溫度感測器
12‧‧‧雙極型接面電晶體元件
14‧‧‧電流源
16‧‧‧比較器
20、22、30、40、50‧‧‧功率金氧半電晶體晶粒
24、60、60A、60B、60C‧‧‧控制器晶粒
62‧‧‧位準偏移器
62A‧‧‧第一定電流源
62B‧‧‧第二定電流源
64‧‧‧第一比較器
66‧‧‧開關
68、68A‧‧‧位準偏移器
70‧‧‧第三定電流源
72‧‧‧第二比較器
74‧‧‧N型金氧半電晶體
76‧‧‧第一P型金氧半電晶體
78‧‧‧第二P型金氧半電晶體
80‧‧‧電流鏡
200、600、600A、800、800A‧‧‧積體電路
C‧‧‧電容器
D‧‧‧汲極
G‧‧‧閘極
GND‧‧‧接地端
GS‧‧‧閘極與源極共接
I‧‧‧電流信號
LG‧‧‧控制端
N‧‧‧倍率
N42、N52‧‧‧開關部
N44、N54‧‧‧溫度感測部
n+‧‧‧高摻雜濃度n型區域
n-‧‧‧低摻雜濃度n型區域
OTP‧‧‧溫度保護信號
PHASE‧‧‧相位端
pw‧‧‧P阱區域
p+‧‧‧高摻雜濃度p型區域
R1‧‧‧第一電阻
R2‧‧‧第二電阻
R3‧‧‧第三電阻
S‧‧‧源極
SiO2 ‧‧‧二氧化矽區域
SENSE‧‧‧熱信號輸出端
VD、VP、VT、V1~V3‧‧‧電壓
TM‧‧‧溫度監控信號
下面的所附圖式是本發明的說明書的一部分，其繪示了本發明的示例實施例，所附圖式與說明書的描述一起用來說明本發明的原理。 圖1是習知的溫度感測器的電路圖。 圖2是習知的積體電路的配置的俯視圖。 圖3A是習知的功率金氧半電晶體晶粒的等效電路圖。 圖3B是圖3A的功率金氧半電晶體晶粒的結構的剖面圖。 圖4A是依照本發明一實施例的功率金氧半電晶體晶粒的等效電路圖。 圖4B是於圖4A的功率金氧半電晶體晶粒的結構的剖面圖。 圖5A是依照本發明另一實施例的功率金氧半電晶體晶粒的等效電路圖。 圖5B是基於圖5A的功率金氧半電晶體晶粒的結構的剖面圖。 圖6是依照本發明一實施例的具熱感測功能的積體電路的電路圖。 圖7是依照本發明一實施例的具熱感測功能的積體電路的電路圖。 圖8是依照本發明一實施例的具熱感測功能的積體電路的電路圖。 圖9是依照本發明一實施例的具熱感測功能的積體電路的電路圖。
40‧‧‧功率金氧半電晶體晶粒
D‧‧‧汲極
G‧‧‧閘極
GND‧‧‧接地端
GS‧‧‧閘極與源極共接
LG‧‧‧控制端
N42‧‧‧開關部
N44‧‧‧溫度感測部
PHASE‧‧‧相位端
S‧‧‧源極
SENSE‧‧‧熱信號輸出端

Claims (9)

  1. 一種具熱感測功能的功率金氧半電晶體晶粒，包括： 一控制端、一相位端、一接地端以及一熱信號輸出端； 一開關部，具有： 　　一第一電極，耦接該控制端； 　　一第二電極，耦接該接地端；以及 　　一第三電極，耦接該相位端；以及 一溫度感測部，具有： 　　一第一電極； 　　一第二電極，耦接該熱信號輸出端；以及 　　一第三電極，耦接該開關部的該第三電極； 其中該開關部與該溫度感測部為相同製程所製造的金氧半電晶體。
  2. 如申請專利範圍第1項所述的功率金氧半電晶體晶粒，其中該溫度感測部的該第一電極與該第二電極兩者耦接至該熱信號輸出端。
  3. 如申請專利範圍第1項所述的功率金氧半電晶體晶粒，其中該溫度感測部的該第一電極耦接該開關部的該第二電極。
  4. 如申請專利範圍第1項所述的功率金氧半電晶體晶粒，其中當該熱信號輸出端上的電壓大於該相位端上的電壓時，進行該熱感測功能。
  5. 如申請專利範圍第1項所述的功率金氧半電晶體晶粒，其中該功率金氧半電晶體晶粒被配置作為一功率轉換電路的下橋開關。
  6. 一種具熱感測功能的積體電路，包括： 一功率金氧半電晶體晶粒，包括： 　　一控制端、一相位端、一接地端以及一熱信號輸出端； 　　一開關部，具有：一第一電極，耦接該控制端；一第二電極，耦接該接地端；以及一第三電極，耦接該相位端；以及 　　一溫度感測部，具有：一第一電極；一第二電極，耦接該熱信號輸出端；以及一第三電極，耦接該開關部的該第三電極； 　　其中該開關部與該溫度感測部為相同製程所製造的金氧半電晶體；以及 一控制器晶粒，包括： 　　一位準偏移器，耦接該相位端，用以轉換來自該相位端的信號； 　　一第一比較器，其第一輸入端耦接該位準偏移器的輸出端，其第二輸入端耦接該熱信號輸出端；以及 　　一開關，其一端耦接該第一比較器的輸出端，該開關的另一端用於輸出一溫度保護信號； 其中該控制器晶粒的該開關與該功率金氧半電晶體晶粒的該控制端的導通時間同步。
  7. 如申請專利範圍第6項所述的積體電路，其中該位準偏移器包括： 一第一定電流源，耦接該第一比較器的該第一輸入端； 一第二定電流源，耦接該熱信號輸出端與該第一比較器的該第二輸入端；以及 一第一電阻，其一端耦接該第一比較器的該第一輸入端，且另一端耦接該相位端。
  8. 一種具熱感測功能的積體電路，包括： 一功率金氧半電晶體晶粒，包括： 　　一控制端、一相位端、一接地端以及一熱信號輸出端； 　　一開關部，具有：一第一電極，耦接該控制端；一第二電極，耦接該接地端；以及一第三電極，耦接該相位端；以及 　　一溫度感測部，具有：一第一電極；一第二電極，耦接該熱信號輸出端；以及一第三電極，耦接該開關部的該第三電極； 其中該開關部與該溫度感測部為相同製程所製造的金氧半電晶體；以及 一控制器晶粒，包括： 一位準偏移器，用以轉換來自該相位端與該熱信號輸出端的信號，具有： 　　一第一端，耦接該相位端； 　　一第二端，耦接該熱信號輸出端； 　　一輸出端；以及 　　一接地端；以及 一開關，其一端耦接該位準偏移器的該輸出端，另一端用於輸出一溫度監控信號； 其中該控制器晶粒的該開關與該功率金氧半電晶體晶粒的該控制端的導通時間同步。
  9. 如申請專利範圍第8項所述的積體電路，其中該位準偏移器更包括： 一第三定電流源，其一端耦接該熱信號輸出端； 一第二比較器，其第一輸入端耦接該熱信號輸出端； 一第二電阻，其一端耦接該第二比較器的第二輸入端，另一端耦接該相位端； 一N型金氧半電晶體，其閘極耦接該第二比較器的輸出端，其源極耦接該第二比較器的第二輸入端； 一電流鏡，耦接至該N型金氧半電晶體的汲極及該關關的該一端；以及 一第三電阻，耦接該關關的該一端與該接地端之間。
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Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
TWI655748B (zh) * 2016-12-16 2019-04-01 通嘉科技股份有限公司 具有熱敏單元的垂直雙擴散金氧半功率元件

Families Citing this family (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2017183580A1 (ja) * 2016-04-19 2017-10-26 ローム株式会社 半導体装置、パワーモジュール及びその製造方法
JP6953512B2 (ja) 2016-08-08 2021-10-27 パワー・インテグレーションズ・インコーポレーテッド 半導体スイッチングデバイスの高速温度検出のための集積回路
TWI750375B (zh) * 2018-05-16 2021-12-21 力智電子股份有限公司 溝槽閘極金氧半場效電晶體及其製造方法
TWI677155B (zh) * 2018-10-02 2019-11-11 新唐科技股份有限公司 功率驅動晶片及方法
CN112928091A (zh) * 2019-12-05 2021-06-08 深圳晶鼎科实业有限公司 一种驱动芯片封装结构
WO2021159177A1 (en) * 2020-02-14 2021-08-19 Macquarie University Transistor array or power amplifier with inbuilt thermal sensor

Family Cites Families (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2521783B2 (ja) * 1987-09-28 1996-08-07 三菱電機株式会社 半導体装置およびその製造方法
US5049961A (en) * 1989-01-10 1991-09-17 Ixys Corporation Monolithic temperature sensing device
US5237194A (en) * 1990-04-27 1993-08-17 Nec Corporation Power semiconductor device
GB2261321B (en) 1991-11-06 1995-10-11 Motorola Inc Power semiconductor device with temperature sensor
GB9513420D0 (en) * 1995-06-30 1995-09-06 Philips Electronics Uk Ltd Power semiconductor devices
DE19821834A1 (de) 1998-05-15 1999-11-25 Fahrzeugklimaregelung Gmbh Power-Mos-Transistor
EP1691484B1 (en) * 2005-02-10 2016-08-17 STMicroelectronics Srl Thermal protection device for an integrated power MOS transistor

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
TWI655748B (zh) * 2016-12-16 2019-04-01 通嘉科技股份有限公司 具有熱敏單元的垂直雙擴散金氧半功率元件

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