[发明专利]半导体结构中的温度监视和控制

说明书

技术领域

本发明一般涉及部件，并且在更特别的实施例中，涉及半导体结构中的温度监视和控制。

背景技术

只要给半导体施加大功率，半导体器件一般就生成热量，因为每个半导体器件均展示将一些电功率消耗成热量的欧姆电阻。众所周知，高温损坏半导体器件，因为例如硅将展示所谓的热耗尽症状，例如硅的金属化。因此，半导体结构的温度不应超过预先限定的限制以防止这样的损坏。

为了限制半导体结构的温度，在超过预先限定的温度限制的情况下，穿过该结构的电流可被关闭。在常规的芯片或集成电路中，在估计的最热处和估计的最冷点处测量温度。除了直接评估测量的温度以防止过热之外，可以比较测量的温度以获得作为包括在芯片或集成电路中的半导体结构的实际热应力的第二线索的温度差。

在操作中存在倾向于引起半导体的过热的一些情形，特别是在流经半导体的大电流时。在一个示例中，用于控制电动机或另外的负载的电源的控制器可经受大电流，例如在上电时，即所谓的浪涌电流尖峰。此外，大电流会出现在负载处的短路的情况下。作为用于限制半导体内热量的生成的常规方式，电流限制器可用于限制电流，同时监视半导体的温度。在测量的温度指示过热情形的情况下，对应的芯片或至少包括在其中的引起该情形的半导体结构被关断以防止任何损坏直到该芯片已经冷却下来。其后，即，一旦温度已经下降到预先限定的阈值之下，半导体就可再次进入正常操作。所以，只要测量的温度指示过热情形，半导体就被关断以冷却下来，直到再次进入正常操作。在这种方式中，芯片或集成电路可以以循环的周期进行操作。然而，在负载具有电感特性的情况下，关断电流的处理不立即切断电流。其结果是半导体可能被进一步加热，这可能引起半导体结构的损坏。

发明内容

本发明描述了用于解决至少上面提到的问题的半导体器件以及对应的方法。

本发明提出了包括至少一个半导体结构的电子半导体器件。该器件进一步包括用于确定在半导体器件的最冷点和最热点处的温度的装置。该确定的最冷和最热温度被提供给用于确定两个温度之间的差别的装置。该装置可将确定的差别提供给用于控制该半导体器件的控制装置。该控制装置确定该确定的温度差是否超过预先限定的第一最大值以及该最热温度是否超过第二预先确定的阈值，并且还控制穿过该半导体器件的电流以便在这些情况下切断电流。

附图说明

从下面给出的详细的描述以及本发明的附图将能更全面地理解本发明，然而，这不应被当作为将本发明限制为特定实施例，而是仅用于解释和理解，并且其中：

图1描绘了耦合至负载的电子半导体器件的框图；

图2描绘了温度检测块的示意图；

图3描绘了用于温度评估的电路；

图4描绘了在操作用于限制半导体结构的绝对温度的器件时在该半导体器件中的信号；以及

图5描绘了在操作用于限制跨越半导体结构的温度的器件时在该半导体器件中的信号。

具体实施方式

图1描绘了电子半导体器件100的框图，该电子半导体器件100包括半导体结构110和用于确定器件的最高温度的至少第一装置以及用于确定器件的最低温度的另一个装置。要注意的是，温度确定器件将位于器件上的很可能最热点和很可能最冷点处。通常，半导体器件100的最热点在展示最高功率密度的区域的周围，而最冷点可以在展示小的或可忽略的功率密度的位置处。因此，最热点可被设置为接近于用作器件的电源的接合线。在描绘的实施例中，温度确定器件由元件120和元件130举例说明，因为举例说明的电路仅包括用于示范的目的的该半导体结构。要注意的是，这些位置将不限制温度确定电路在器件上的放置，但是将示范两个任意的位置。

此外，器件100包括：电路140，用于确定在被测量的半导体结构温度， 即最热和最低检测温度之间的温度差；逻辑和驱动电路150，用于控制半导体结构110；可选择的电流限制电路160，用于限制穿过半导体结构110的电流I_DS的幅度。

在操作中，电子半导体器件100耦合至电负载170，其转而可以耦合至电力供应180。尽管负载170被示出为电感器，但是该负载可具有任何特性。即，负载170可具有电感器的或欧姆电阻的或电容器的或它们混合的特性。因此，负载170的特性不意在限制本发明的范围。

在该描述的上下文中的术语电子半导体器件将表示包括至少一个半导体结构110的电子器件。电子半导体器件可以被实现为所谓的芯片上系统或可以使用布置在一个或多个印刷电路板上的分立部件来实现，即本发明将不在这点上进行限制。