CN216958031U - 集成驱动电路的igbt结构和智能功率模块 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种集成驱动电路的IGBT结构和智能功率模块，其中，集成驱动电路的IGBT结构包括衬底以及形成在衬底中的有源区和终端区，其中，终端区环绕有源区设置，且包括主结和多个场限环，多个场限环依次地同心环绕主结，驱动电路设置在主结中。由此，本实用新型的实施例能够节省IGBT结构上与驱动电路连接的栅极区域，减小集成芯片的面积和封装晶圆的数量，同时减少了连接线的数量及长度，提高了IGBT的封装效率，大幅度降低了驱动回路中的寄生电感，提高了IGBT的工作效率。

Description

集成驱动电路的IGBT结构和智能功率模块

技术领域

本实用新型涉及半导体技术领域，尤其涉及一种集成驱动电路的IGBT结构和一种智能功率模块。

背景技术

IGBT(Insulated Gate Bipolar Transistor，绝缘栅双极型晶体管)是由双极型晶体管和绝缘栅型场效应管组成的复合全控型电压驱动式功率半导体器件，兼有绝缘栅型场效应管的高输入阻抗和双极型晶体管的低导通压降两方面的优点，由于IGBT具有驱动功率小而饱和压降低的优点，目前IGBT作为一种新型的电力电子器件被广泛应用到各个领域。

IGBT在使用过程中，需要驱动芯片对其进行驱动，具体是将驱动芯片中驱动信号输出端与IGBT中的栅极区域进行连接。相关技术中，往往是将IGBT与驱动芯片分立设置的，所以容易导致封装晶圆数量较多，封装所需尺寸较大，驱动回路寄生电感较高，开关效率较低的弊端。

实用新型内容

本实用新型旨在至少在一定程度上解决相关技术中的技术问题之一。为此，本实用新型的一个目的在于提出一种集成驱动电路的IGBT结构，能够节省IGBT结构上与驱动电路连接的栅极区域，减小集成芯片的面积和封装晶圆的数量，同时减少了连接线的数量及长度，提高了IGBT的封装效率，大幅度降低了驱动回路中的寄生电感，提高了IGBT的工作效率。

本实用新型的第二个目的在于提出一种智能功率模块。

为达上述目的，本实用新型第一方面示例提出了一种集成驱动电路的IGBT结构，该IGBT结构包括衬底以及形成在所述衬底中的有源区和终端区，其中，所述终端区环绕所述有源区设置，且包括主结和多个场限环，所述多个场限环依次地同心环绕所述主结，所述驱动电路设置在所述主结中。

本实用新型示例中集成驱动电路的IGBT结构中，终端区包括有主结和多个场限环，其中，场限环依次环绕着主结，该示例将驱动电路设置在主结中。由此，能够节省IGBT结构上与驱动电路连接的栅极区域，减小集成芯片的面积和封装晶圆的数量，同时减少了连接线的数量及长度，提高了IGBT的封装效率，大幅度降低了驱动回路中的寄生电感，提高了IGBT的工作效率。

在本实用新型的一些示例中，所述主结中形成有P阱区和N阱区，其中，所述驱动电路的至少部分设置在所述N阱区，所述P阱区的P+结构连接IGBT的发射极。

在本实用新型的一些示例中，所述驱动电路全部设置在所述N阱区。

在本实用新型的一些示例中，所述驱动电路的供电电压端连接所述N阱区的N+结构，所述驱动电路的接地端连接在所述N阱区内形成的P+结构，且所述N阱区内形成的P+结构与所述IGBT的发射极相连。

在本实用新型的一些示例中，所述N阱区内形成有子P阱区，所述N阱区内形成的P+结构位于所述子P阱区。

在本实用新型的一些示例中，所述驱动电路的一部分设置在所述N阱区，所述驱动电路的另一部分设置在所述P阱区。

在本实用新型的一些示例中，所述驱动电路的供电电压端连接所述N阱区的N+结构，所述驱动电路的接地端连接所述P阱区的P+结构。

在本实用新型的一些示例中，所述N阱区的边缘与所述主结的边缘之间保持第一预设距离。

在本实用新型的一些示例中，所述第一预设距离为3微米至30微米。

为达上述目的，本实用新型第二方面示例提出了一种智能功率模块，包括上述示例所述的集成驱动电路的IGBT结构。

本示例中的智能功率模块通过上述示例中集成驱动电路的IGBT结构，能够节省IGBT结构上与驱动电路连接的栅极区域，减小集成芯片的面积和封装晶圆的数量，同时减少了连接线的数量及长度，提高了IGBT的封装效率，大幅度降低了驱动回路中的寄生电感，提高了IGBT的工作效率。

本实用新型附加的方面和优点将在下面的描述中部分给出，部分将从下面的描述中变得明显，或通过本实用新型的实践了解到。

附图说明

图1是根据本实用新型一个实施例的IGBT结构示意图；

图2是根据本实用新型一个实施例的IGBT终端结构的局部放大示意图；

图3是相关技术中IGBT结构示意图；

图4是根据本实用新型一个实施例的驱动电路集成设计示意图；

图5是根据本实用新型另一个实施例的驱动电路集成设计示意图；

图6是根据本实用新型实施例的智能功率模块的结构框图。

具体实施方式

下面详细描述本实用新型的实施例，所述实施例的示例在附图中示出，其中自始至终相同或类似的标号表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。下面通过参考附图描述的实施例是示例性的，旨在用于解释本实用新型，而不能理解为对本实用新型的限制。

下面参考附图描述本实用新型实施例的集成驱动电路的IGBT结构和智能功率模块。

图1是根据本实用新型一个实施例的IGBT结构示意图。

如图1所示，本实用新型提出了一种集成有驱动电路的IGBT结构100，在该IGBT结构100中，包括有衬底10和形成于衬底10上的有源区11以及终端区12。需要说明的是，图1中终端区12的双箭头直接表示的是终端区12的区域，即在该IGBT结构100中，中央区域为有源区11，在有源区11的边缘至IGBT结构100的边缘之间都可以当成IGBT结构的终端区12，即终端区12环绕有源区10进行设置。

在终端区12中包括有主结以及多个场限环，多个场限环可以依次的同心环绕着主结。具体地，如图2所示，图2为图1中虚线框的放大图，即图2为终端区12的放大示意图，由图2所示可知，终端区12包括有主结和多个场限环，如场限环1、场限环2和场限环3，并且该实施例中用于驱动IGBT的驱动电路可以设置在主结区域内，即图2中所示的驱动电路区域。

本实施例中的驱动电路可以设置在主结区域内，所以可以不用在衬底上设置栅极区域，以让IGBT通过该栅极区域与驱动电路连接。如图3所示，相关技术中，一般在IGBT结构上还设置有栅极区域，该栅极区域可以与外部驱动电路的输出信号端连接，以使外部的驱动电路可以向IGBT的栅极发送控制信号，进而对该IGBT进行控制。而本实用新型的实施例将驱动电路集成设置在主结中，从而能够将IGBT结构上的栅极区域省略，并且是将驱动电路设置在IGBT的主结内，不占用IGBT的有源区，对IGBT的工作性能不会产生较大的影响，甚至还能够提高有源区的面积，以弥补因将驱动电路集成在主结区域内而带来的面积增加。

另外，本实施例中将驱动电路设置在电路区域之后，还需要在主结区域中设置接线端，以使设置在主结区域内的驱动电路能够与外部电路连接，从而完成对IGBT的控制。如图4所示，可以在IGBT主结内设置若干个绑线端子，用于与***连接端相连，可以用于信号的输入或输出，需要说明的是，绑线端子的数量、位置、尺寸大小等信息可以根据***信号的数量和功能等信息进行确定。

在本实用新型的一些实施例中，首先可以理解的是，IGBT结构的主结由P阱构成，为了能够让驱动电路设置在主结内部之后可以正常使用，如图4或图5所示，本实用新型实施例还在P阱区内形成有一个N阱区，P阱区中设置有P+结构，改改P+结构可以与IGBT的发射极相连接，N阱区设置有N+结构

在该实施例中，如图4所示，本实用新型可以将驱动电路的全部都设置在N阱区内，需要说明的是，该实施例中的N阱区内还形成有一个子P阱区，该子P阱区内还形成有一个P+结构，该P+结构与驱动电路的接地端连接，而N阱区中的N+结构则与驱动电路的供电电压端连接。可以理解的是，主结中所有的P阱区都是可以相互接通的，所以主结中所有P+结构都与驱动电路的接地端以及IGBT的发射极相连。该实施例中，设置N阱电位连接驱动电路的供电电压端VCC，能够保证N阱区与主结P阱区之间形成反偏PN结，该反偏PN结使VCC与驱动电路的接地端以及IGBT的发射极之间形成足够的耐压。

需要说明的是，如图4所示，设置在N阱区的P表示PMOS(positive channel MetalOxide Semiconductor，P沟道金属氧化物半导体场效应晶体管)管，设置在P阱区的N表示NMOS(Negative channel-Metal-Oxide-Semiconductor，N沟道金属氧化物半导体场效应晶体管)管，在该实施例中，所要表示的是，PMOS管可以设置在N阱区上，NMOS管可以设置在P阱区上，因此，设置在该区域中的驱动电路则可以将驱动电路中出现的NMOS管和PMOS管设置在对应的P阱区和N阱区中。为了保证驱动电路所处的N阱区与主结P阱之间的反偏耐压安全，驱动电路所处的N阱区边缘到主结边缘需要保持第一预设距离，该第一预设距离一般3微米至30微米之间，具体可由工艺技术决定。需要说明的是，本实施例中的第一预设距离可以为驱动电路所处的N阱区边缘到主结边缘的最小距离，当然，将其设置成大于30微米的距离也是可以的，例如40微米，50微米等，在此不作具体限定。

在本实用新型的另一个实施例中，如图5所示，驱动电路中的一部分可以设置在N阱区上，另一部分直接设置在主结的P阱区上，其中，驱动电路中的供电电压端可以与N阱区上的N+结构相连，而驱动电路中的接地端则可以与P阱区上的P+结构相连。

具体地，参见图5可知，该实施例直接在主结P阱区上设置一个N阱区，该N阱区上具有N+结构，而P阱区上也具有P+结构，可以理解的是，如图5所示，P阱区上可以具有两个P+结构，其中，一个用于与IGBT的发射极相连，另一个则用于与驱动电路的接地端相连。需要说明的是，P阱区上的两个P+结构也是相连接的，当然，如果驱动电路的接地端与IGBT的发射极相近，也可以将两个P+结构集成一个，也就是让IGBT的发射极与驱动电路的接地端相连接之后连接到P+结构上。

如图5所示，驱动电路中的NMOS管和PMOS管可以设置在对应的P阱区和N阱区中。同样为了保证驱动电路所处的N阱区与主结P阱之间的反偏耐压安全，N阱区边缘到主结P阱区边缘需要保持第一预设距离，该第一预设距离一般3微米至30微米之间，具体可由工艺技术决定。

并且，需要说明的是，本实施例中的主结宽度可以根据设计成本、设计形状或者设计要求进行适当的调整，例如，耐压650伏规格的主结宽度一般限制在30微米至150微米之间。

根据上述实施例总结可知，如图4和5所示，其中，图4先在主结P阱区中设置一个N阱区，再在该N阱区中设置一个子P阱区，然后将驱动电路设置在N阱区以及子P阱区中，其中，驱动电路中的供电电压端与N阱区中的N+结构连接，驱动电路中的接地端则与子P阱区中的P+结构连接。而图5则直接在主结P阱区中设置一个N阱区，然后将驱动电路设置在N阱区和P阱区中，其中，驱动电路中的供电电压端与N阱区中的N+结构连接，驱动电路中的接地端则与P阱区中的P+结构连接。相对于图4所示的实施例，图5的限定的实施例比较灵活，直接在主结的P阱区上设置驱动电路，而图4限定的实施例则还先设置一个N阱区，再在N阱区中设置子P阱区，相对比较繁琐。但是，无论上述图4或者图5所示的实施例，都能够将驱动电路集成设置在IGBT终端结构的主结内，并保证驱动电路可以正常工作。

综上，本实用新型实施例的集成驱动电路中的IGBT结构能够节省IGBT结构上与驱动电路连接的栅极区域，减小集成芯片的面积和封装晶圆的数量，同时减少了连接线的数量及长度，提高了IGBT的封装效率，大幅度降低了驱动回路中的寄生电感，提高了IGBT的工作效率。

图6是根据本实用新型实施例的智能功率模块的结构框图。

进一步地，如图6所示，本实用新型提出了一种智能功率模块1000，该智能功率模块1000包括上述实施例中集成驱动电路的IGBT结构。

本实用新型实施例的智能功率模块通过上述示例中集成驱动电路的IGBT结构，能够节省IGBT结构上与驱动电路连接的栅极区域，减小集成芯片的面积和封装晶圆的数量，同时减少了连接线的数量及长度，提高了IGBT的封装效率，大幅度降低了驱动回路中的寄生电感，提高了IGBT的工作效率。

另外，本实用新型实施例的智能功率模块的其他构成及作用对本领域的技术人员来说是已知的，为减少冗余，此处不做赘述。

在本说明书的描述中，参考术语“一个实施例”、“一些实施例”、“示例”、“具体示例”、或“一些示例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本实用新型的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不一定指的是相同的实施例或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任何的一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。

在本实用新型的描述中，需要理解的是，术语“中心”、“纵向”、“横向”、“长度”、“宽度”、“厚度”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”“内”、“外”、“顺时针”、“逆时针”、“轴向”、“径向”、“周向”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本实用新型和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本实用新型的限制。

此外，本实用新型实施例中所使用的“第一”、“第二”等术语，仅用于描述目的，而不可以理解为指示或者暗示相对重要性，或者隐含指明本实施例中所指示的技术特征数量。由此，本实用新型实施例中限定有“第一”、“第二”等术语的特征，可以明确或者隐含地表示该实施例中包括至少一个该特征。在本实用新型的描述中，词语“多个”的含义是至少两个或者两个及以上，例如两个、三个、四个等，除非实施例中另有明确具体的限定。

在本实用新型中，除非实施例中另有明确的相关规定或者限定，否则实施例中出现的术语“安装”、“相连”、“连接”和“固定”等应做广义理解，例如，连接可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或成一体，可以理解的，也可以是机械连接、电连接等；当然，还可以是直接相连，或者通过中间媒介进行间接连接，或者可以是两个元件内部的连通，或者两个元件的相互作用关系。对于本领域的普通技术人员而言，能够根据具体的实施情况理解上述术语在本实用新型中的具体含义。

在本实用新型中，除非另有明确的规定和限定，第一特征在第二特征“上”或“下”可以是第一和第二特征直接接触，或第一和第二特征通过中间媒介间接接触。而且，第一特征在第二特征“之上”、“上方”和“上面”可是第一特征在第二特征正上方或斜上方，或仅仅表示第一特征水平高度高于第二特征。第一特征在第二特征“之下”、“下方”和“下面”可以是第一特征在第二特征正下方或斜下方，或仅仅表示第一特征水平高度小于第二特征。

尽管上面已经示出和描述了本实用新型的实施例，可以理解的是，上述实施例是示例性的，不能理解为对本实用新型的限制，本领域的普通技术人员在本实用新型的范围内可以对上述实施例进行变化、修改、替换和变型。

Claims (10)

1.一种集成驱动电路的IGBT结构，其特征在于，包括：

衬底；

形成在所述衬底中的有源区和终端区，所述终端区环绕所述有源区设置，且包括主结和多个场限环，所述多个场限环依次地同心环绕所述主结，所述驱动电路设置在所述主结中。

2.根据权利要求1所述的IGBT结构，其特征在于，所述主结中形成有P阱区和N阱区，其中，所述驱动电路的至少部分设置在所述N阱区，所述P阱区的P+结构连接IGBT的发射极。

3.根据权利要求2所述的IGBT结构，其特征在于，所述驱动电路全部设置在所述N阱区。

4.根据权利要求3所述的IGBT结构，其特征在于，所述驱动电路的供电电压端连接所述N阱区的N+结构，所述驱动电路的接地端连接在所述N阱区内形成的P+结构，且所述N阱区内形成的P+结构与所述IGBT的发射极相连。

5.根据权利要求4所述的IGBT结构，其特征在于，所述N阱区内形成有子P阱区，所述N阱区内形成的P+结构位于所述子P阱区。

6.根据权利要求2所述的IGBT结构，其特征在于，所述驱动电路的一部分设置在所述N阱区，所述驱动电路的另一部分设置在所述P阱区。

7.根据权利要求6所述的IGBT结构，其特征在于，所述驱动电路的供电电压端连接所述N阱区的N+结构，所述驱动电路的接地端连接所述P阱区的P+结构。

8.根据权利要求2-7中任一项所述的IGBT结构，其特征在于，所述N阱区的边缘与所述主结的边缘之间保持第一预设距离。

9.根据权利要求8所述的IGBT结构，其特征在于，所述第一预设距离为3微米至30微米。

10.一种智能功率模块，其特征在于，包括根据权利要求1-9中任一项所述的集成驱动电路的IGBT结构。

Images