專利名稱：di/dt控制的電源開關(guān)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一個(gè)負(fù)載的切換，該負(fù)載通過一個(gè)雙投開關(guān)被連接到一個(gè)交流電網(wǎng)，或者通過一個(gè)單投開關(guān)被連接到一個(gè)經(jīng)過整流電橋進(jìn)行整流的交流電網(wǎng)。本發(fā)明在例如中功率負(fù)載的控制中找到了它的應(yīng)用場(chǎng)合，例如真空吸塵器電動(dòng)機(jī)，溫控加熱電路，調(diào)光系統(tǒng)，等等。
背景技術(shù)：
圖1示意性地表示這樣一種開關(guān)電路。負(fù)載1跟電源開關(guān)SW串聯(lián)，被安置在一個(gè)交流電壓或者一個(gè)整流后的交流電壓的兩端A和B之間。雖然在給定的實(shí)例中，它是被打算用于切換與電源相連接的各負(fù)載的一個(gè)中功率開關(guān)，但是開關(guān)SW仍被稱為電源開關(guān)。開關(guān)SW受控于控制電路2，后者周期性地或非周期性地接收來自端子3的一個(gè)控制命令。例如，該控制電路打算僅在跨在端子A和B上的交流電壓的一個(gè)半波部分上使開關(guān)接通，這對(duì)應(yīng)于所謂的相位角控制。隨后，當(dāng)開關(guān)接通時(shí)，在負(fù)載中將出現(xiàn)強(qiáng)大的電流浪涌。換句話說，電流對(duì)時(shí)間的變化(di/dt)是突然的，并且在開關(guān)的每一次接通時(shí)都會(huì)出現(xiàn)強(qiáng)大的電流峰值。
這些電流峰值能通過端子A和B返送到交流電網(wǎng)，并對(duì)該電網(wǎng)以及被連接到這個(gè)電網(wǎng)的其他電路產(chǎn)生干擾。
通常，為了衰減這些干擾，提供一個(gè)高值電感L與開關(guān)電路串聯(lián)，暫且不考慮這個(gè)電感的成本，它是一個(gè)相對(duì)地較大尺寸的分離元件，足以使電路設(shè)計(jì)復(fù)雜化。
美國(guó)專利第6 127 746號(hào)公開了一個(gè)相對(duì)地復(fù)雜的電路，用以檢測(cè)電流峰值并控制一個(gè)MOS型晶體三極管，以便阻尼這些電流峰值。
日本專利申請(qǐng)第07/131316號(hào)通過將一個(gè)繞組環(huán)繞在襯墊四周，從一個(gè)MOS型晶體三極管的輸出襯墊處檢出過電流，由此實(shí)質(zhì)上增加了含有該晶體三極管的半導(dǎo)體芯片的表面積。

發(fā)明內(nèi)容
因此，本發(fā)明的目標(biāo)在于，在不增加諸如高價(jià)值電感之類的任何分離元件，不使電路復(fù)雜化，以及不增加芯片的表面積的前提下，解決向電網(wǎng)以及與電網(wǎng)相連接的各部件返送噪聲的問題。
為了解決這個(gè)問題，本發(fā)明提供了形成于半導(dǎo)體芯片之上的一個(gè)垂直型的電源開關(guān)，包括形成于所述芯片的至少一個(gè)表面的外周之上的一個(gè)繞組，該繞組含有兩個(gè)連接端子，它提供與在所述開關(guān)中的電流的變化率成正比的信號(hào)。
根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例，該開關(guān)還包括一個(gè)被安置在半導(dǎo)體芯片里面或上面的一個(gè)高值電阻。
根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例，該開關(guān)屬于雙極型晶體三極管，MOS型晶體三極管，或者絕緣柵極雙極型晶體三極管等類型。
根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例，該開關(guān)跟一個(gè)電路相連接，用于根據(jù)跨在所述繞組兩端的信號(hào)來控制這個(gè)開關(guān)的控制信號(hào)。


在以下的特定實(shí)施例的非限定性的說明中，將結(jié)合諸附圖，對(duì)本發(fā)明的上述各項(xiàng)目標(biāo)、特征和優(yōu)點(diǎn)進(jìn)行詳細(xì)的討論，在諸附圖中圖1示意性地表示根據(jù)現(xiàn)有技術(shù)的一個(gè)負(fù)載的開關(guān)電路；圖2示意性地表示一個(gè)負(fù)載的開關(guān)電路連同一個(gè)電流變化率檢測(cè)器；圖3A是根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)開關(guān)的實(shí)例的一份部分剖面圖；圖3B是根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)開關(guān)的實(shí)例的一份簡(jiǎn)化的俯視圖；圖4表示在根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)負(fù)載中，用于切換電流的電路。
具體實(shí)施例方式
在不同的附圖中，用相同的參考數(shù)字來表示相同的元件。還有，像平常那樣，半導(dǎo)體器件的剖面圖和俯視圖是不按比例來繪制的。
本發(fā)明的目標(biāo)是以一種簡(jiǎn)單的方式來形成如圖2所示的那樣類型的電路。在這個(gè)電路中，負(fù)載1經(jīng)過開關(guān)SW被連接在交流電源端子A和B之間。開關(guān)SW由控制電路12進(jìn)行控制，后者在每一個(gè)半波中的一個(gè)選定的時(shí)間接收一個(gè)接通信號(hào)3。當(dāng)開關(guān)閉合時(shí)，在被接通的電路中的電流變化率被檢測(cè)，并且一個(gè)聯(lián)系于di/dt的變化率的數(shù)值的校正信號(hào)被施加到控制電路12，使得這個(gè)di/dt的數(shù)值不會(huì)超過一個(gè)預(yù)定的閾值。本發(fā)明提供了跟電源開關(guān)SW形成一體的電流變化率檢測(cè)電路。
圖3A以垂直配置的功率器件是一個(gè)MOS型晶體三極管為例，以部分剖面圖的形式來說明本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例。
垂直配置的MOS型晶體三極管是在一塊N型的基底21上形成的，在基底的下表面上有一個(gè)更重地?fù)诫s的N型層22，其上覆蓋著金屬化的漏極D。在其上表面形成了P型井23。在每一個(gè)井中形成了一個(gè)N型環(huán)24，其外周延伸到靠近井23的外周。在井23中，介于井的外周以及P型區(qū)24的外周之間的區(qū)域被形成于絕緣層27之上的一個(gè)金屬化柵極26所覆蓋。金屬化的源極固化于井23和環(huán)24的中心部分。因此，當(dāng)不向柵極G施加電壓時(shí)，該器件處于斷開狀態(tài)。當(dāng)向電極G施加一個(gè)電壓時(shí)，電流就從金屬化源極S經(jīng)過區(qū)域24流向金屬化的漏極D(上述區(qū)域24是形成于井23的外上部的一個(gè)溝道區(qū)域)，然后垂直地通過基底21流向N+區(qū)22。
圖中還示出了位于器件外周的比井23更深的一個(gè)外周P型區(qū)域28。專業(yè)人士都熟知，區(qū)域28或其他外周裝置是為了保證垂直配置的MOS型晶體三極管不至于在外周部位被擊穿，并且它們可能具有多種可供選擇的形式。這樣一種外周是必需的，并且對(duì)應(yīng)于該器件的一種已失去的、非活動(dòng)的表面區(qū)域。
在上文中已經(jīng)示出了一個(gè)垂直配置的MOS型晶體三極管作為實(shí)例。還可以用其他的垂直配置的電源開關(guān)來實(shí)施本發(fā)明，使得流過那里的電流聯(lián)系于被施加在它們的控制電極上的電壓。這樣的器件的實(shí)例就是雙極型晶體三極管，或者絕緣柵極雙極型晶體三極管(IGBT)(應(yīng)當(dāng)指出，IGBT晶體三極管的結(jié)構(gòu)不同于圖3A示意性地表示的結(jié)構(gòu)之處僅在于這樣的事實(shí)，即，取代作為基底的重?fù)诫s的相同導(dǎo)電類型的材料，層22是被重?fù)诫s的相反的導(dǎo)電類型的材料)。這樣的其他器件也含有具有足夠高的擊穿電壓的外周區(qū)域。
根據(jù)本發(fā)明，器件的外周被環(huán)繞在功率器件四周的、采取連續(xù)的螺線形式的金屬化線圈30所覆蓋。通過例如由氧化硅制成的絕緣層29使金屬化線圈30跟基底21絕緣。
在圖3B的俯視圖中，可以更好地看到金屬化線圈30，在該圖中，它延伸于襯墊31和32之間。在圖3B中，也用虛線來表示金屬化源極S的輪廓以及柵極接觸還原區(qū)G的輪廓。
當(dāng)一個(gè)垂直的電流流過該器件時(shí)，電流的變化將在電感30的兩端31和32產(chǎn)生一個(gè)與電流的變化率成正比的信號(hào)。應(yīng)當(dāng)順便指出的是，即使該電流不是嚴(yán)格地垂直的，只要它在螺線平面內(nèi)不是保持不變的，那么這個(gè)信號(hào)仍然是可檢測(cè)的。在圖中示出了一個(gè)4圈的螺線繞組。當(dāng)然可以根據(jù)所需的檢測(cè)閾值，提供具有更多或更少螺線圈數(shù)的繞組。
為了檢測(cè)介于端子31和32之間的信號(hào)，可以例如在端子31和32之間連接一個(gè)阻值很高的電阻。這個(gè)電阻可以從外面設(shè)置，也可以采取多晶硅電阻的形式，或者采取為專業(yè)人士所熟知的任何其他方式，被整體地集成到半導(dǎo)體芯片之上。
圖4表示根據(jù)本發(fā)明的的一個(gè)器件在電路中的使用實(shí)例。在圖4中，這個(gè)器件一般地用參考數(shù)字40來表示，并且例如包括一個(gè)功率晶體三極管T，一個(gè)繞組30，以及一個(gè)被整體地集成的電阻R。繞組30以及電阻R的一端32接地。端子31經(jīng)由一個(gè)乘法器41乘以系數(shù)K后，被連接到一個(gè)加法器42的減法輸入端，加法器42的加法輸入端接收來自端子12的控制信號(hào)。因此，當(dāng)向電路12的端子3施加一個(gè)命令時(shí)，該命令就趨向于使晶體三極管T導(dǎo)通。這時(shí)，在電路中就出現(xiàn)電流變化，信號(hào)di/dt被放大器41進(jìn)行放大/衰減，并且跟控制命令相組合，以限制晶體三極管T的導(dǎo)通速率。
應(yīng)當(dāng)理解，對(duì)專業(yè)人士來說，可以對(duì)晶體三極管T或者另一種電源開關(guān)的控制電路作出各種變動(dòng)，修改和改進(jìn)。例如，為了符合向電網(wǎng)返送噪聲的標(biāo)準(zhǔn)，可以提供一個(gè)根據(jù)信號(hào)di/dt的頻率進(jìn)行不同補(bǔ)償?shù)目刂齐娐贰?br> 還有，可以將控制電路以及用于處理信號(hào)di/dt的電路一起集成到含有功率器件的相同的半導(dǎo)體芯片上。專業(yè)人士可以作出許多其他的替代方案，尤其是在器件的尺寸方面。
根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)優(yōu)點(diǎn)，由于繞組30被配置于芯片的外周上通常對(duì)應(yīng)于一個(gè)必需的、但不是活動(dòng)的區(qū)域的上方，所以它的形成不會(huì)導(dǎo)致半導(dǎo)體芯片表面區(qū)域的損失。
權(quán)利要求
1.形成于一塊半導(dǎo)體芯片之上的一個(gè)垂直配置的電源開關(guān)，其特征在于它包括形成于所述芯片的至少一個(gè)表面的外周之上的一個(gè)繞組(30)，所述繞組包括兩個(gè)連接端子(31，32)，它提供與在所述開關(guān)中的電流變化率成正比的信號(hào)。
2.如權(quán)利要求1所述開關(guān)，其特征在于它還包括一個(gè)被安排在半導(dǎo)體芯片里面或上面的一個(gè)高值電阻(R)。
3.如權(quán)利要求1所述開關(guān)，其特征在于它屬于雙極型晶體三極管，MOS型晶體三極管，或者絕緣柵極雙極型晶體三極管等類型。
4.如權(quán)利要求1所述開關(guān)，其特征在于它跟一個(gè)電路(41，42)相連接，用于根據(jù)跨在所述繞組兩端的信號(hào)來控制這個(gè)開關(guān)的控制信號(hào)。
全文摘要
本發(fā)明涉及配置于一塊半導(dǎo)體芯片之上的一個(gè)垂直型電源開關(guān)，它包括位于所述芯片的至少一個(gè)表面的外周之上的一個(gè)繞組(30)，所述繞組包括兩個(gè)接線柱(31，32)，它提供與在所述開關(guān)中的電流起伏成正比的信號(hào)。
文檔編號(hào)H01L27/06GK1455957SQ0280015
公開日2003年11月12日 申請(qǐng)日期2002年1月22日 優(yōu)先權(quán)日2001年1月24日
發(fā)明者羅伯特·佩扎尼 申請(qǐng)人:St微電子公司