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TWI898843B - 具有靜電保護的整合電路 - Google Patents

具有靜電保護的整合電路

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TWI898843B
TWI898843B TW113136095A TW113136095A TWI898843B TW I898843 B TWI898843 B TW I898843B TW 113136095 A TW113136095 A TW 113136095A TW 113136095 A TW113136095 A TW 113136095A TW I898843 B TWI898843 B TW I898843B
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diode
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李振宏
黃炯福
張智堯
高正昇
熊志文
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通嘉科技股份有限公司
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Abstract

具有靜電保護的整合電路包含一脈衝寬度調變積體電路和一功率積體電路。該脈衝寬度調變積體電路具有一靜電保護電路。該靜電保護電路設置在該功率積體電路的源極和該整合電路的參考地電位之間。

Description

具有靜電保護的整合電路
本發明是有關於一種整合電路，尤指一種具有靜電保護的整合電路。
在現有技術中，可利用單晶片整合製程將脈衝寬度調變(pulse width modulation,PWM)積體電路和功率積體電路整合成一單晶片整合電路以減少該單晶片整合電路的面積，其中該功率積體電路的源極耦接於該單晶片整合電路的一接腳，且該接腳沒有耦接參考地電位。
然而因為該接腳沒有耦接該參考地電位，所以當該功率積體電路的源極上有過量的正電荷或過量的負電荷時，該過量的正電荷或該過量的負電荷無法被該參考地電位中和，導致該功率積體電路被燒毀。因此，如何設計該單晶片整合電路以使該單晶片整合電路具有靜電保護已成為一項重要課題。
本發明的一實施例提供一種具有靜電保護的整合電路。該整合電路包含一脈衝寬度調變(pulse width modulation,PWM)積體電路和一功率積體電路。該脈衝寬度調變積體電路具有一靜電保護(electrostatic discharge(ESD) protection)電路。該靜電保護電路設置在該功率積體電路的源極和該整合電路的參考地電位之間。
在本發明的一實施例中，該脈衝寬度調變積體電路另包含一第一金氧半場效電晶體和一閘極控制電路。該第一金氧半場效電晶體的汲極耦接於該閘極控制電路，該第一金氧半場效電晶體的閘極耦接於該脈衝寬度調變積體電路內的其他電路，以及該第一金氧半場效電晶體的源極耦接於該參考地電位，其中該閘極控制電路是用以產生一脈衝寬度調變信號給該功率積體電路。
在本發明的一實施例中，該功率積體電路包含一氮化鎵(GaN)高電子遷移率電晶體(High electron mobility transistor,HEMT)和一橫向雙擴散金氧半場效電晶體(Laterally Double-diffused MOSFET,LDMOS)。該氮化鎵高電子遷移率電晶體的源極耦接於該橫向雙擴散金氧半場效電晶體的汲極，該氮化鎵高電子遷移率電晶體的閘極耦接於該橫向雙擴散金氧半場效電晶體的源極，以及該橫向雙擴散金氧半場效電晶體的閘極耦接於該閘極控制電路。該橫向雙擴散金氧半場效電晶體的源極另耦接於該靜電保護電路。
在本發明的一實施例中，該功率積體電路包含一電晶體，其中該電晶體的源極耦接於該靜電保護電路，以及該電晶體的閘極耦接於該閘極控制電路。
在本發明的一實施例中，該電晶體是一氮化鎵高電子遷移率電晶體。
在本發明的一實施例中，該電晶體是一第二金氧半場效電晶體或一 碳化矽(SiC)場效電晶體。
在本發明的一實施例中，該功率積體電路的源極耦接於該整合電路的一接腳。
在本發明的一實施例中，該靜電保護電路包含一第一二極體、一第二二極體、一第三二極體和一第四二極體。該第一二極體的第一端耦接於該參考地電位。該第二二極體的第一端耦接於該第一二極體的第二端，以及該第二二極體的第二端耦接於該功率積體電路的源極。該第三二極體的第一端耦接於該功率積體電路的源極。該第四二極體的第一端耦接於該第三二極體的第二端，以及該第四二極體的第二端耦接於該參考地電位。
在本發明的一實施例中，該靜電保護電路包含一第五二極體和一第六二極體。該第五二極體的第一端耦接於該參考地電位。該第六二極體的第二端耦接於該第五二極體的第二端，以及該第六二極體的第一端耦接於該功率積體電路的源極。
在本發明的一實施例中，該整合電路另包含一高壓啟動積體電路，其中該高壓啟動積體電路根據一直流電壓，產生一供電電壓給該脈衝寬度調變積體電路以使該脈衝寬度調變積體電路運作。
本發明的一實施例提供一種具有靜電保護的整合電路。該整合電路包含一高壓啟動(start-up)積體電路和一功率積體電路。該高壓啟動積體電路具有一靜電保護電路。該靜電保護電路設置在該功率積體電路的源極和該整合電路 的參考地電位之間。
在本發明的一實施例中，該整合電路另包含一脈衝寬度調變積體電路，其中該高壓啟動積體電路根據一直流電壓，產生一供電電壓給該脈衝寬度調變積體電路以使該脈衝寬度調變積體電路運作。
100、400:整合電路
101、GND:接腳
102、402:脈衝寬度調變積體電路
104、304:功率積體電路
106、406:高壓啟動積體電路
1022、2022、3022、4022、4062:靜電保護電路
1024:第一金氧半場效電晶體
1026:閘極控制電路
1042、3042:氮化鎵高電子遷移率電晶體
1044:橫向雙擴散金氧半場效電晶體
10222:第一二極體
10224:第二二極體
10226:第三二極體
10228:第四二極體
20222:第五二極體
20224:第六二極體
30222:第七二極體
30224:第八二極體
GCS:脈衝寬度調變信號
VCC:供電電壓
第1圖是本發明的第一實施例所公開的一種具有靜電保護的整合電路的示意圖。
第2A圖是本發明的第二實施例所公開的靜電保護電路的示意圖。
第2B圖是本發明的第三實施例所公開的靜電保護電路的示意圖。
第2C圖是本發明的第四實施例所公開的靜電保護電路的示意圖。
第3圖是本發明的第三實施例所公開的功率積體電路的示意圖。
第4圖是本發明的第四實施例所公開的一種具有靜電保護的整合電路的示意圖。
請參照第1圖，第1圖是本發明的第一實施例所公開的一種具有靜電保護的整合電路100的示意圖，其中具有靜電保護的整合電路100包含一脈衝寬度調變(pulse width modulation,PWM)積體電路102、一功率積體電路104和一高壓啟動(start-up)積體電路106。在本發明的一實施例中，整合電路100是應用在一返馳式(flyback)電源轉換器的一次側，以及高壓啟動積體電路106可根據該返馳式電源轉換器的一次側的一直流電壓，產生一供電電壓VCC給脈衝寬度調變積體電路102以使脈衝寬度調變積體電路102運作，其中高壓啟動積體電路106可以採用現有技術所公開的啟動電路的架構，所以在此不再贅述。如第1圖所示，脈衝寬度調變積體電路102包含一靜電保護(electrostatic discharge(ESD)protection) 電路1022、一第一金氧半場效電晶體1024和一閘極控制電路1026，其中脈衝寬度調變積體電路102並不受限於僅包含靜電保護電路1022、第一金氧半場效電晶體1024和閘極控制電路1026，也就是說脈衝寬度調變積體電路102還包含一些功能性電路(未繪示於第1圖)，但該些功能性電路並不是本案的發明重點，所以在此也不再贅述。在脈衝寬度調變積體電路102中，第一金氧半場效電晶體1024的汲極耦接於閘極控制電路1026，第一金氧半場效電晶體1024的閘極耦接於脈衝寬度調變積體電路102內的其他電路(未繪示於第1圖)，以及第一金氧半場效電晶體1024的源極耦接於整合電路100的接腳GND，其中有一封環(seal ring，未繪示於第1圖)圍繞整合電路100，該封環耦接於接腳GND，且接腳GND上具有一參考地電位。當晶圓廠在晶圓上製造多個晶片(每個晶片上包含一個整合電路100)時，該封環是用於阻止在晶圓上切割該多個晶片時因切割鋸片的應力產生的裂痕損壞到裂痕旁的晶片，且該封環需要接到接腳GND以防止在該晶圓上切割該多個晶片的過程中產生的靜電損壞該多個晶片。
另外，如第1圖所示，功率積體電路104包含一氮化鎵(GaN)高電子遷移率電晶體(High electron mobility transistor,HEMT)1042和一橫向雙擴散金氧半場效電晶體(Laterally Double-diffused MOSFET,LDMOS)1044，其中氮化鎵高電子遷移率電晶體1042的汲極耦接於該返馳式電源轉換器的一次側，氮化鎵高電子遷移率電晶體1042的源極耦接於橫向雙擴散金氧半場效電晶體1044的汲極，氮化鎵高電子遷移率電晶體1042的閘極耦接於橫向雙擴散金氧半場效電晶體1044的源極，橫向雙擴散金氧半場效電晶體1044的閘極耦接於閘極控制電路1026，以及橫向雙擴散金氧半場效電晶體1044的源極另耦接於靜電保護電路1022，其中閘極控制電路1026是用以產生一脈衝寬度調變信號(也就是閘極控制信號)GCS給橫向雙擴散金氧半場效電晶體1044，且橫向雙擴散金氧半場效電晶 體1044將根據脈衝寬度調變信號GCS開啟。
另外，功率積體電路104的功能和現有技術所公開的應用於該返馳式電源轉換器的一次側的功率開關的功能類似，所以在此不再贅述。另外，如第1圖所示，功率積體電路104的源極(也就是橫向雙擴散金氧半場效電晶體1044的源極)耦接於整合電路100的一接腳101。另外，在本發明的另一實施例中，橫向雙擴散金氧半場效電晶體1044可被一垂直雙擴散金氧半場效電晶體(Vertical Double-diffused MOSFET,VDMOS)，或一碳化矽(SiC)場效電晶體，或一超接合面金氧半場效電晶體(super junction MOSFET)取代。
另外，如第1圖所示，靜電保護電路1022設置在功率積體電路104的源極和接腳GND之間。如第1圖所示，靜電保護電路1022包含一第一二極體10222、一第二二極體10224、一第三二極體10226和一第四二極體10228，其中第一二極體10222的第一端耦接於接腳GND，第二二極體10224的第一端耦接於第一二極體10222的第二端，第二二極體10224的第二端耦接於橫向雙擴散金氧半場效電晶體1044的源極，第三二極體10226的第一端耦接於橫向雙擴散金氧半場效電晶體1044的源極，第四二極體10228的第一端耦接於第三二極體10226的第二端，以及第四二極體10228的第二端耦接於接腳GND。
因此，如第1圖所示，因為靜電保護電路1022設置在功率積體電路104的源極和接腳GND之間，且靜電保護電路1022包含兩條導通方向相反的導通路徑(該兩條導通路徑中的一條導通路徑由第一二極體10222和第二二極體10224組成，以及該兩條導通路徑中的另一條導通路徑由第三二極體10226和第四二極體10228組成)，所以當功率積體電路104的源極(也就是橫向雙擴散金氧半場效電晶 體1044的源極)上有過量的正電荷或過量的負電荷時，該過量的正電荷或該過量的負電荷都可通過靜電保護電路1022而被該參考地電位中和，從而防止功率積體電路104被燒毀。
另外，整合電路100並不受限於僅包含接腳GND和接腳101，和僅包含脈衝寬度調變積體電路102、功率積體電路104和高壓啟動積體電路106，也就是說整合電路100可包含接腳GND和接腳101之外的接腳，以及也可包含脈衝寬度調變積體電路102、功率積體電路104和高壓啟動積體電路106之外的功能性電路。
接著請參照第2A圖，第2A圖是本發明的第二實施例所公開的一靜電保護電路2022的示意圖，其中靜電保護電路2022的功能和第1圖所示的靜電保護電路1022相同。如第2A圖所示，靜電保護電路2022包含一第五二極體20222和一第六二極體20224，其中第五二極體20222的第一端耦接於接腳GND，第六二極體20224的第二端耦接於第五二極體20222的第二端，以及第六二極體20224的第一端耦接於功率積體電路104的源極(也就是橫向雙擴散金氧半場效電晶體1044的源極)。同樣地，如第2A圖所示，因為靜電保護電路2022設置在功率積體電路104的源極和接腳GND之間，且第五二極體20222和第六二極體20224也分別提供兩條導通方向相反的導通路徑，所以當功率積體電路104的源極(也就是橫向雙擴散金氧半場效電晶體1044的源極)上有過量的正電荷或過量的負電荷時，該過量的正電荷或該過量的負電荷都可通過靜電保護電路2022而被該參考地電位中和，從而防止整合電路100被燒毀。
接著請參照第2B圖，第2B圖是本發明的第三實施例所公開的一靜電 保護電路3022的示意圖，其中靜電保護電路3022的功能和第1圖所示的靜電保護電路1022相同。如第2B圖所示，靜電保護電路3022包含一第七二極體30222和一第八二極體30224，其中第七二極體30222的第一端耦接於接腳GND以及第七二極體30222的第二端耦接於功率積體電路104的源極(也就是橫向雙擴散金氧半場效電晶體1044的源極)，以及第八二極體30224的第一端耦接於功率積體電路104的源極以及第八二極體30224的第二端耦接於接腳GND。同樣地，如第2B圖所示，因為靜電保護電路3022設置在功率積體電路104的源極和接腳GND之間，且第七二極體30222和第八二極體30224也分別提供兩條導通方向相反的導通路徑，所以當功率積體電路104的源極(也就是橫向雙擴散金氧半場效電晶體1044的源極)上有過量的正電荷或過量的負電荷時，該過量的正電荷或該過量的負電荷都可通過靜電保護電路3022而被該參考地電位中和，從而防止整合電路100被燒毀。
接著請參照第2C圖，第2C圖是本發明的第四實施例所公開的一靜電保護電路4022(也就是一二極體)的示意圖，其中靜電保護電路4022的功能和第1圖所示的靜電保護電路1022相同。如第2C圖所示，靜電保護電路4022的第一端耦接於功率積體電路104的源極(也就是橫向雙擴散金氧半場效電晶體1044的源極)以及靜電保護電路4022的第二端耦接於接腳GND。同樣地，如第2C圖所示，因為靜電保護電路4022設置在功率積體電路104的源極和接腳GND之間，且靜電保護電路4022提供一條導通路徑，所以當功率積體電路104的源極(也就是橫向雙擴散金氧半場效電晶體1044的源極)上有過量的正電荷時，該過量的正電荷可通過靜電保護電路4022而被該參考地電位中和，從而防止整合電路100被燒毀。
接著請參照第3圖，第3圖是本發明的第三實施例所公開的一功率積 體電路304的示意圖，其中功率積體電路304的功能和第1圖所示的功率積體電路104的功能相同。如第3圖所示，功率積體電路304包含一氮化鎵高電子遷移率電晶體3042，其中氮化鎵高電子遷移率電晶體3042的源極耦接於靜電保護電路1022和接腳101，以及氮化鎵高電子遷移率電晶體3042的閘極耦接於閘極控制電路1026。因為靜電保護電路1022設置在功率積體電路304的源極(也就是氮化鎵高電子遷移率電晶體3042的源極)和接腳GND之間，且靜電保護電路1022包含兩條導通方向相反的導通路徑，所以當功率積體電路304的源極(也就是氮化鎵高電子遷移率電晶體3042的源極)上有過量的正電荷或過量的負電荷時，該過量的正電荷或該過量的負電荷都可通過靜電保護電路1022而被該參考地電位中和，從而防止功率積體電路304被燒毀。另外，在本發明的另一實施例中，靜電保護電路2022取代靜電保護電路1022被設置在功率積體電路304的源極(也就是氮化鎵高電子遷移率電晶體3042的源極)和接腳GND之間。另外，在本發明的另一實施例中，氮化鎵高電子遷移率電晶體3042可被一金氧半場效電晶體或一碳化矽(SiC)場效電晶體取代。
接著請參照第4圖，第4圖是本發明的第四實施例所公開的一種具有靜電保護的整合電路400的示意圖，其中具有靜電保護的整合電路400包含一脈衝寬度調變積體電路402、一功率積體電路104和一高壓啟動積體電路406。如第4圖所示，整合電路400和整合電路100的差別在於靜電保護電路4062是包含在高壓啟動積體電路406，其中靜電保護電路4062的架構可參照靜電保護電路1022和靜電保護電路2022，所以在此不再贅述。另外，脈衝寬度調變積體電路402的架構也可參照脈衝寬度調變積體電路102的架構以及整合電路400中的功率積體電路104的架構也可參照第1圖中的功率積體電路104的架構，所以在此也不再贅述。另外，整合電路400的操作原理可參照上述整合電路100的操作原理，所以 在此不再贅述。
綜上所述，相較於現有技術，本發明可提高該整合電路的靜電保護能力，可通過一單晶片整合製程實現該整合電路並減少該整合電路的面積，可使該整合電路與目前製程相容且無需額外成本，以及可輕鬆通過該整合電路內是否有從該脈衝寬度調變積體電路到該功率積體電路的額外打線發現侵權行為。
以上所述僅為本發明之較佳實施例，凡依本發明申請專利範圍所做之均等變化與修飾，皆應屬本發明之涵蓋範圍。
100:整合電路101、GND:接腳102:脈衝寬度調變積體電路104:功率積體電路106:高壓啟動積體電路1022:靜電保護電路1024:第一金氧半場效電晶體1026:閘極控制電路1042:氮化鎵高電子遷移率電晶體1044:橫向雙擴散金氧半場效電晶體10222:第一二極體10224:第二二極體10226:第三二極體10228:第四二極體GCS:脈衝寬度調變信號VCC:供電電壓

Claims (6)

  1. 一種具有靜電保護的整合電路，包含：一脈衝寬度調變(pulse width modulation, PWM)積體電路，具有一閘極控制電路、一第一金氧半場效電晶體、及一靜電保護(electrostatic discharge (ESD) protection)電路，其中該閘極控制電路用以產生一脈衝寬度調變信號；及一功率積體電路，包含有一電晶體，其中該電晶體的閘極電連接至該閘極控制電路用以接收該脈衝寬度調變信號，該電晶體的源極電連接至該靜電保護電路，且該電晶體的源極沒有電連接一參考地電位；其中該第一金氧半場效電晶體的汲極電連接於該閘極控制電路，該第一金氧半場效電晶體的源極電連接於該參考地電位，該靜電保護電路之一端電連接該電晶體的源極，以及該靜電保護電路之另一端電連接該參考地電位。
  2. 如請求項1所述的整合電路，其中該功率積體電路之該電晶體為一橫向雙擴散金氧半場效電晶體(Laterally Double-diffused MOSFET, LDMOS)，且該功率積體電路還包含：一氮化鎵(GaN)高電子遷移率電晶體(High electron mobility transistor, HEMT)；其中該氮化鎵高電子遷移率電晶體的源極耦接於該電晶體的汲極，以及該氮化鎵高電子遷移率電晶體的閘極耦接於該電晶體的源極。
  3. 如請求項1所述的整合電路，其中該功率積體電路的源極耦接於該整合電路的一接腳。
  4. 如請求項1所述的整合電路，其中該靜電保護電路包含：一第一二極體，其中該第一二極體的第一端耦接於該參考地電位；一第二二極體，其中該第二二極體的第一端耦接於該第一二極體的第二端，以及該第二二極體的第二端耦接於該功率積體電路的源極；一第三二極體，其中該第三二極體的第一端耦接於該功率積體電路的源極；及一第四二極體，其中該第四二極體的第一端耦接於該第三二極體的第二端，以及該第四二極體的第二端耦接於該參考地電位。
  5. 如請求項1所述的整合電路，其中該靜電保護電路包含：一第五二極體，其中該第五二極體的第一端耦接於該參考地電位；及一第六二極體，其中該第六二極體的第二端耦接於該第五二極體的第二端，以及該第六二極體的第一端耦接於該功率積體電路的源極。
  6. 如請求項1所述的整合電路，另包含：一高壓啟動積體電路，用以根據一直流電壓，產生一供電電壓給該脈衝寬度調變積體電路以使該脈衝寬度調變積體電路運作。
TW113136095A 2023-12-22 2024-09-24 具有靜電保護的整合電路 TWI898843B (zh)

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CN (1) CN120200196A (zh)
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