功率器件和智能功率模塊的制作方法
【技術領域】
[0001] 本發明設及功率器件技術，特別是設及一種功率器件和智能功率模塊。
【背景技術】
[000引智能功率模塊（Intelligent Power Mo化1日，IPM)可W在控制信號的作用下把直 流電壓（電流）轉變成幅值和頻率都可變的交流電壓（電流），輸出的交流電壓被加載到電 機上驅動其運轉。由于具有集成度高和可靠性好等優點，智能功率模塊被廣泛應用到變頻 調速，電力牽引和變頻家電中。典型的IPM模塊由功率半導體器件（功率器件）、控制和保 護電路組成。功率器件按照電流、電壓等級的不同，一般采用金屬-氧化物-半導體場效應 晶體管（Metal-Oxide-Semiconductor Field-Effect Transistor, M0S陽T)或絕緣柵雙極 晶體管（Insulated Gate Bipolar Transistor, IGBT)。控制和保護功能采用集成電路來 實現。由于功率器件在導通狀態和開通和關斷的轉換瞬間都會產生功耗，因此其結溫要遠 高于環境的溫度。通過在IPM模塊內部集成溫度檢測單元，可W實時監控其溫度，確保功率 器件的安全工作。
[000引 目前，IPM模塊廣泛采用熱敏電阻來檢測功率器件的溫度。在IPM模塊中，熱敏 電阻和功率器件共同安裝在導熱的基板上，由于電氣設計規則的要求二者之間有一定的 距離。當IPM模塊工作后，內部的功率器件會消耗一定的功率而發熱，其功率約在幾瓦到 幾百瓦之間。按照傅里葉熱傳導定律，熱量會從功率器件傳遞到熱敏電阻上，檢測熱敏電 阻阻值的變化即可W檢測熱敏電阻的溫度，通過校準即可W得到功率半導體器件的溫度。 熱敏電阻的阻值和溫度之間一般為非線性關系，在數據的實時處理中需要經過運算或者 查表才能給出溫度值。如專利申請：一種智能功率模塊的溫度控制方法及變頻設備（申 請號；201310404618.幻和用于智能功率模塊的過熱保護電路及其控制方法（【申請號】 201110147882. 0)中公布的溫度檢測方法都是采用熱敏電阻。
[0004] 在實際應用中，從功率器件到熱敏電阻的熱阻通路會隨著制造工藝的波動而發生 變化，另外，熱敏電阻的電阻-溫度特性也會顯著影響檢測溫度的精度。因此該種方法檢測 溫度的精度和準確度受智能功率模塊內部結構的影響。在瞬態過程中熱量的傳導受到系統 的熱阻Rth和熱容C th的影響，在經過3至5倍的熱時間常數（定義為熱阻和熱容的乘積，約 為幾十個微秒到幾個毫秒）后系統中的溫度分布才趨于穩定。因此該種方法不能夠檢測功 率器件的瞬時結溫變化。
【發明內容】
[0005] 基于此，有必要提供一種可根據其特定的電性參數可監控自身結溫的具有溫度檢 測功能的功率器件。
[0006] 一種具有溫度檢測功能的功率器件，與溫度檢測電路連接，所述溫度檢測電路內 置或外置于所述功率器件，所述功率器件包括：
[0007] 第一有源區，用于傳輸所述功率器件導通狀態下的電流；
[000引第一發射極，與所述第一有源區電性相連；
[0009] 第一柵極區，設置于所述第一有源區上；
[0010] 第一柵極，與所述第一柵極區電性相連；
[0011] 第二有源區，設置于所述第一有源區外圍，構成用于執行溫度檢測功能的檢測器 件；
[0012] 第二發射極，與所述第二有源區電性相連；
[0013] 集電區，位于所述功率器件的背面；
[0014] 集電極，與所述集電區電性相連；及
[0015] 耐壓區，設置于所述第二有源區的外圍；
[0016] 所述溫度檢測電路通過檢測所述檢測器件和溫度相關的電性參數的變化來監控 功率器件的結溫變化。
[0017] 此外，還提了一種智能功率模塊，包括至少一個上述的具有溫度檢測功能的功率 器件。
[001引上述的功率器件通過內部設置檢測器件，采用功率器件的部分有源區作為檢測器 件的主體，通過檢測關斷狀態下該有源區與溫度相關的電性參數，利用該電性參數與溫度 的變化關系，可W實時的監控功率器件的結溫，結溫的檢測精度高。
【附圖說明】
[0019] 圖1 (a)為本發明第一實施例中的功率器件的俯視結構示意圖；
[0020] 圖1化）為圖1 (a)所示的功率器件對應的電路圖；
[0021] 圖2(a)為本發明第二實施例中的功率器件的俯視結構示意圖；
[0022] 圖2化）為圖2(a)所示的功率器件對應的電路圖；
[0023] 圖3(a)為圖1(a)所示的功率器件的溫度檢測電路原理圖；
[0024] 圖3化）為圖1化）所示的功率器件的溫度檢測電路原理圖；
[0025] 圖4為本發明實施例中功率器件的截面結構示意圖；
[0026] 圖5為圖4所述的隔離區的第一種實現方式的結構示意圖；
[0027] 圖6為圖4所述的隔離區的第二種實現方式的結構示意圖；
[002引圖7為圖4所述的隔離區的第S種實現方式的結構示意圖。
【具體實施方式】
[0029] 為了使本發明要解決的技術問題、技術方案及有益效果更加清楚明白，W下結合 附圖及實施例，對本發明進行進一步詳細說明。應當理解，此處所描述的具體實施例僅僅用 W解釋本發明，并不用于限定本發明。
[0030] 常用的功率半導體器件，如MOS陽T，IGBT等，其結構包括兩部分；（1)位于巧片邊 緣的耐壓區域，確保器件在關斷時能夠承受一定的耐壓；(2)位于巧片內部的有源區域，有 源區域由許許多多結構相同的元胞組成，當器件工作在導通狀態時，每一個元胞都流過一 定的電流。
[0031] 請參閱圖1(a)至圖4,本發明實施例中具有溫度檢測功能的功率器件10,與溫度 檢測電路20連接，所述溫度檢測電路20內置或外置于所述功率器件10,功率器件10包括 第一有源區110、第一發射極El、第二有源區120、第二發射極E2、第一柵極區130、第一柵極 G1、耐壓區140、集電區160 (參考圖4)和集電極C。
[0032] 本發明中功率器件10的有源區域發熱元胞區域被分為兩部分，一部分為第一有 源區110,用于傳輸導通狀態下的電流，執行功率器件10在電路應用中的主要功能；另一部 分較小面積的為第二有源區120,用于輸出與溫度相關的電性參數W執行溫度檢測功能。由 此，分別W第一有源區110、第一柵極G1區130、集電區160 W及耐壓區140構成常規的用 于傳輸導通狀態下的電流的器件本體Q1，W第二有源區120、第一柵極區130、集電區160 W 及耐壓區140構成形成檢測器件T1。
[0033] 實施例一；
[0034] 請參閱圖1(a)和圖1(b)及圖3(a)，第一發射極E1與所述第一有源區110電性相 連的；第一柵極區130設置于所述第一有源區110上；第一柵極G1與所述第一柵極區130 電性相連，本實施例中，器件本體Q1和檢測器件T1共柵極，即該第一柵極G1 ;第二有源區 120設置于所述第一有源區110外圍，構成用于執行溫度檢測功能的檢測器件T1 ;第二發射 極E2與所述第二有源區120電性相連；集電區160與所述第一有源區110和第二有源區 120電性接觸（參見圖5)，且位于功率器件的器件本體Q1的背面；集電極C與所述集電區 160電性相連，本實施例中，器件本體Q1和檢測器件T1共集電極C ;耐壓區140設置于所述 第二有源區120的外圍。所述第一有源區110和所述第二有源區120的元胞結構相同。
[0035] 所述溫度檢測電路20通過檢測所述檢測器件T1和溫度相關的電性參數的變化來 監控功率器件10的結溫變化。具體地，該電性參數使所述檢測器件T1在關斷狀態下輸出 的漏電流，在導通狀態下的通態壓降。
[0036] 當器件本體Q1和檢測器件T1共第一柵極G1 (控制電極），器件本體Q1和檢測器 件T1工作在相同的狀態，此時二者的電流密度相同，因此具有共同的結溫。采用該種方式， 在第一有源區110和第二有源區120之間沒有熱量的傳輸，因此檢測的溫度最為精確。另 一方面，該種方式可W共用控制電極，因此可W節省巧片的面積。
[0037] 另外，所述第一有源區