DE10038968A1 - Schaltungsanordnung mit wenigstens zwei Halbleiterkörpern und einem Kühlkörper - Google Patents
Schaltungsanordnung mit wenigstens zwei Halbleiterkörpern und einem KühlkörperInfo
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Abstract
Die Erfindung betrifft eine Schaltungsanordnung, die ein Halbleiterschaltelement (T; T12, T14, T16), das in einem ersten Halbleiterkörper (10; 12, 14, 16) integriert ist, und ein dazu in Reihe geschaltetes weiteres Halbleiterbauelement (DD; D22, D24, D26), das in einem zweiten Halbleiterkörper (D22, D24, D26) integriert ist, aufweist, wobei der zweite Halbleiterkörper (20; 22, 24, 26) auf einem Kühlkörper (30; 32) angeordnet ist und dass der erste Halbleiterkörper (10; 12, 14, 16) auf dem zweiten Halbleiterkörper (20; 22, 24, 26) angeordnet ist.
Description
Die vorliegende Erfindung betrifft eine Schaltungsanordnung,
die ein Halbleiterschaltelement, das in einem ersten Halblei
terkörper integriert ist, und dazu ein in Reihe geschaltetes
weiteres Halbleiterbauelement, das in einem zweiten Halblei
terkörper integriert ist, aufweist. Das Halbleiterschaltele
ment ist dabei insbesondere ein Leistungstransistor und das
dazu in Reihe geschaltete Halbleiterbauelement ist insbeson
dere eine Diode.
Reihenschaltungen mit Leistungstransistoren und Dioden finden
in der Schaltungstechnik vielfach Verwendung. Ein Beispiel
hierfür ist ein in Fig. 1 dargestellter Hochsetz-
Schaltregler, dessen Aufgabe es ist, aus einer Eingangsspan
nung Vin eine wenigstens annäherungsweise konstante Ausgangs
spannung Vout zu erzeugen. Ein Leistungstransistor T ist
hierbei in Reihe zu einer Spule L an die Eingangsspannung Vin
angeschlossen, wobei parallel zu dem Leistungstransistor T
eine Reihenschaltung einer Diode DD und eines Kondensator C
geschaltet ist, wobei die Diode DD und der Leistungstransis
tor T aneinander angeschlossen sind. Der Leistungstransistor
T wird mittels einer Ansteuerschaltung IC angesteuert, wobei
die Stromaufnahme der Spule L und ein Stromfluss von der Spu
le L über die Diode DD auf den Kondensator C abhängig von der
Ansteuerung des Leistungstransistors T erfolgt. Die Diode DD
verhindert, dass der Kondensator C bei leitendem Leistungs
transistor T über den Leistungstransistor T entladen wird.
Leistungstransistoren, die in der Lage sind Spannungen bis zu
einigen hundert Volt und Ströme bis zu einigen Ampere zu
schalten erfordern Kühlmaßnahmen um eine Zerstörung des Leis
tungstransistors während des Betriebs infolge einer Überhit
zung zu verhindern. Zur Kühlung eines Leistungstransistors
ist es bekannt, den Halbleiterkörper, bzw. den Chip, in dem
der Leistungstransistor integriert ist, direkt auf einen
Kühlkörper, der aus einem gut wärmeleitenden Material, bei
spielsweise einem Metall, besteht, aufzubringen. Der Leis
tungstransistor wird dabei mit dem Kühlkörper verlötet, um
eine optimale wärmeleitende Verbindung zwischen dem Halblei
terkörper und dem Kühlkörper zu erreichen. Hieraus resultiert
auch eine elektrisch leitende Verbindung zwischen dem Halb
leiterkörper und dem Kühlkörper, was bei bestimmten Schal
tungsanwendungen, bzw. bei Verwendung bestimmter Leistungs
transistoren zu Problemen führen kann.
Bei sogenannten vertikalen Transistoren befinden sich ein
erster Laststreckenanschluss (Source-Anschluss) und ein Steu
eranschluss (Gate-Anschluss) des Leistungstransistors übli
cherweise auf einer Vorderseite des plättchenförmigen Halb
leiterkörpers, während sich der zweite Laststreckenanschluss
(Drain-Anschluss) auf einer der Vorderseite abgewandten Rück
seite des Halbleiterkörpers befindet. Wird der Halbleiterkör
per an seiner Rückseite auf den Kühlkörper gelötet, weist der
Kühlkörper dasselbe elektrische Potential wie der Drain-
Anschluss des Leistungstransistors auf. Dies führt dann zu
Problemen, wenn der Leistungstransistor wie in dem Beispiel
gemäss Fig. 1 als sogenannter Low-Side-Schalter eingesetzt
wird, d. h., wenn der Source-Anschluss des Leistungstransis
tors an ein Bezugspotential angeschlossen ist und wenn der
Drain-Anschluss über eine Last an ein Versorgungspotential
angeschlossen ist. Das Potential an dem Drain-Anschluss ändert
sich bei derartigen Anwendungen abhängig vom Schaltungs
zustand des Leistungstransistors. Bei schnell getakteten
Leistungstransistoren, wie sie beispielsweise in Hochsetz-
Schaltreglern Verwendung finden, resultiert daraus ein Ände
rung des Potentials an dem Drain-Anschluss mit hoher Frequenz
und großer Flankensteilheit. Der elektrisch mit dem Drain-
Anschluss verbundene Kühlkörper wirkt dabei wie eine Antenne,
die eine unerwünschte hochfrequente elektromagnetische Stör
strahlung abgibt.
Zur Lösung dieses Problems ist es bekannt, eine elektrisch
isolierende Schicht zwischen den Halbleiterkörper des Leis
tungstransistors und den Kühlkörper einzubringen. Allerdings
wird dadurch die Montage des Leistungstransistors auf den
Kühlkörper relativ aufwändig und zudem resultiert aus der e
lektrisch isolierenden Zwischenschicht ein nicht zu vernach
lässigender zusätzlicher Wärmewiderstend zwischen dem Leis
tungstransistor und dem Kühlkörper, welcher die Kühlung des
Leistungstransistors verschlechtert.
Des Weiteren gibt es voll isolierte Gehäuse, bei denen frei
liegende Bereiche des Kühlkörpers vollständig mit einer dün
nen Kunststoffschicht umspritzt sind, um die Abgabe elektro
magnetischer Störstrahlung zu unterbinden. Diese Kunststoff
schicht erhöht jedoch den Wärmewiederstand zwischen dem Kühl
körper und der umgebenden Luft, wodurch die Kühlung ver
schlechtert ist. Außerdem kann diese Kunststoffummantelung
leicht beschädigt werden, was dann wiederum zur Abgabe einer
elektromagnetischen Störstrahlung führen kann.
Ziel der vorliegenden Erfindung ist es, eine Schaltungsanord
nung mit einem Halbleiterschalter und einem weiteren Halblei
terbauelement zur Verfügung zu stellen, bei der auf einfach
zu realisierende Weise eine Kühlung des Halbleiterschaltele
ments gewährleistet ist, ohne dass eine elektromagnetische
Störstrahlung abgegeben wird und die insbesondere die oben
genannten Nachteile nicht aufweist.
Diese Aufgabe wird durch eine Schaltungsanordnung gemäß den
Merkmalen des Anspruchs 1 gelöst.
Danach ist bei der erfindungsgemäßen Schaltungsanordnung der
zweite Halbleiterkörper, in dem das weitere Halbleiterbauele
ment integriert ist, direkt auf dem Kühlkörper aufgebracht,
während der erste Halbleiterkörper, in dem das Halbleiter
schaltelement integriert ist, auf einer dem Kühlkörper abge
wandten Seite des zweiten Halbleiterkörpers aufgebracht ist.
Die Erfindung macht sich dabei zunutze, dass bei der Reihen
schaltung eines Leistungstransistors und einer Diode in einem
Hochsetz-Schaltregler, für welchen die vorliegende Erfindung
besonders geeignet ist, an dem Anschluss der Diode, der dem
Leistungstransistor abgewandt ist, ein Potential anliegt,
welches sich nicht oder welches sich nur langsam ändert. Der
zweite Halbleiterkörper kann daher elektrisch leitend mit dem
Kühlkörper verbunden werden, ohne dass es zur Abgabe einer
elektromagnetischen Störstrahlung kommt. Zwischen dem zweiten
Halbleiterkörper und dem Kühlkörper sind somit keine aufwän
digen Isolationsmaßnahmen erforderlich und der zweite Halb
leiterkörper kann beispielsweise mittels üblicher Montagever
fahren auf den Kühlkörper aufgelötet werden. Da eine elekt
risch leitende Verbindung zwischen dem ersten Halbleiterkör
per, bzw. dem Leistungstransistor, und dem zweiten Halblei
terkörper, bzw. der Diode, gewünscht und erforderlich ist,
kann auch der erste Halbleiterkörper mittels üblicher Monta
getechniken auf den zweiten Halbleiterkörper aufgelötet wer
den. Aufgrund der guten Wärmeübergänge zwischen dem Kühlkörper
und dem zweiten Halbleiterkörper und zwischen dem zweiten
Halbleiterkörper und dem ersten Halbleiterkörper besteht ein
guter Wärmeübergang zwischen dem ersten Halbleiterkörper und
dem Kühlkörper, wodurch eine gute Kühlung des ersten Halblei
terkörpers über den zweiten Halbleiterkörper und den Kühlkör
per erfolgt.
Vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind Gegenstand
der Unteransprüche.
Neben einem Verlöten des ersten und zweiten Halbleiterkörpers
und des zweiten Halbleiterkörpers mit dem Kühlkörper sind
selbstverständlich beliebige weitere Verbindungsmaßnahmen im
Zusammenhang mit der Erfindung geeignet, welche einen guten
Wärmeübergang zwischen den Halbleiterkörpern und zwischen dem
zweiten Halbleiterkörper und dem Kühlkörper und eine elekt
risch leitende Verbindung zwischen diese Bauelementen gewähr
leisten. Die Halbleiterkörper und der zweite Halbleiterkörper
und der Kühlkörper können beispielsweise miteinander verklebt
werden.
Gemäß einer Ausführungsform der Erfindung ist vorgesehen,
dass auf den ersten Halbleiterkörper, in dem der Halbleiter
schalter integriert ist, ein weiterer Halbleiterkörper aufge
bracht ist, in dem eine Ansteuerschaltung für den Halbleiter
schalter integriert ist. Der weitere Halbleiterkörper kann
dabei beispielsweise durch Löten oder Kleben auf den ersten
Halbleiterkörper aufgebracht werden.
Gemäß einer weiteren Ausführungsform der Erfindung ist vorge
sehen, dass ein weiterer Halbleiterschalter, der in einem
vierten Halbleiterkörper integriert ist, auf dem Kühlkörper
angeordnet ist. Dadurch lässt sich in einfacher Weise eine
Reihenschaltung zweier Halbleiterschalter realisieren, wobei
die in dem zweiten Halbleiterkörper integrierte Diode schal
tungstechnisch parallel zu den weiteren Halbleiterschalter
geschaltet ist und für diesen als Freilaufdiode wirkt.
Die vorliegende Erfindung wird nachfolgend anhand von Ausfüh
rungsbeispielen in Figuren näher erläutert. Es zeigen:
Fig. 1 Hochsetzschaltregler nach dem Stand der Technik zur
Verwendung der erfindungsgemäßen Schaltungsanord
nung;
Fig. 2 erfindungsgemäße Schaltungsanordnung mit einem ers
ten Halbleiterkörper, einem zweiten Halbleiterkör
per und einem Kühlkörper, die übereinander angeord
net sind;
Fig. 3 weitere Ausführungsform einer erfindungsgemäßen
Schaltungsanordnung mit einem auf dem ersten Halb
leiterkörper angeordneten weiteren Halbleiterkör
per, der eine integrierte Ansteuerschaltung auf
weist;
Fig. 4 Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Schaltungs
anordnung, bei der mehrere Halbleiterkörper mit
weiteren integrierten Halbleiterschaltern neben
mehreren ersten und zweiten Halbleiterkörpern auf
dem Kühlkörper angeordnet sind;
Fig. 5 elektrisches Ersatzschaltbild der Schaltungsanord
nung gemäß Fig. 4.
In den Figuren bezeichnen, sofern nicht anders angegeben,
gleiche Bezugszeichen gleiche Teile mit gleicher Bedeutung.
Fig. 1 zeigt einen sogenannten Hochsetz-Schaltregler nach
dem Stand der Technik, der eine Reihenschaltung eines Leis
tungstransistors T und einer Diode DD aufweist, wobei ein
Source-Anschluss S des Leistungstransistors T an ein Bezugs
potential GND angeschlossen ist, und wobei ein Drain-
Anschluss D des Leistungstransistors T an einen Anodenan
schluss der Diode DD angeschlossen ist. Zur Ansteuerung des
Leistungstransistors T ist eine Ansteuerschaltung IC vorgese
hen, die mittels einer Ausgangsklemme an einen Gate-Anschluss
G des Leistungstransistors T angeschlossen ist.
Der Drain-Anschluss D des Leistungstransistors T ist über ei
ne Spule L an ein Versorgungspotential Vin angeschlossen. Der
Kathodenanschluss K der Diode DD ist an einen Anschluss eines
Kondensators C angeschlossen, dessen anderer Anschluss an Be
zugspotential GND liegt. Über dem Kondensator C ist eine Aus
gangsspannung Vout abgreifbar. Während des Betriebs des Hoch
setz-Schaltreglers ändert sich das Potential an dem Drain-
Anschluss D des Leistungstransistors T, bzw. an dem Anodenan
schluss A der Diode DD nach Maßgabe eines Taktes, mit dem der
Leistungstransistor T angesteuert wird. Das Source-Potential
des Leistungstransistors T bleibt während des Betriebs stets
auf Bezugspotential GND. Das Potential an der Kathode K der
Diode DD, welches dem Ausgangspotential Vout entspricht,
bleibt während des Betriebes weitgehend konstant oder ändert
sich im Vergleich zu dem Ansteuertakt nur langsam.
Fig. 2 zeigt in seitlicher Schnittdarstellung eine Schal
tungsanordnung zur Realisierung der in Fig. 1 dargestellten
Reihenschaltung des Leistungstransistors T und der Diode DD,
bei der eine gute Kühlung des Leistungstransistors T gewähr
leistet ist, ohne dass elektromagnetische Störstrahlung abge
strahlt wird. Entsprechende Anschlüsse sind in den Fig. 1
und 2 durch dieselben Bezugszeichen gekennzeichnet.
Die erfindungsgemäße Schaltungsanordnung weist einen ersten
Halbleiterkörper 10, in dem der Leistungstransistor T integ
riert ist, und einen zweiten Halbleiterkörper 20, in dem die
Diode DD integriert ist, auf. Sowohl der Leistungstransistor
T als auch die Diode DD sind als sogenannte vertikale Bauele
mente ausgebildet, das heißt, Anschlüsse eines Bauelements
befinden sich auf gegenüberliegenden Oberflächen des Halblei
terkörpers. Der erste Halbleiterkörper 10 weist eine Vorder
seite 101 auf, an welcher eine Kontaktierung 41 für den Gate-
Anschluss G und eine Kontaktierung 11 für den Source-An
schluss S des Leistungstransistors T ausgebildet ist. Der
zweite Halbleiterkörper weist eine Vorderseite 201 auf, wel
che den Anodenanschluss der Diode DD bildet, und er weist ei
ne Rückseite 202 auf, welche den Kathodenanschluss der Diode
DD bildet. Zur Verbindung des Anodenanschlusses A der Diode
DD und des Drain-Anschlusses D des Leistungstransistors T ist
die Rückseite 102 des ersten Halbleiterkörpers 10 elektrisch
leitend mit der Vorderseite 201 des zweiten Halbleiterkörpers
verbunden. Dazu ist zwischen diesen beiden Halbleiterkörpern
10, 20 eine elektrisch leitende Zwischenschicht 21 ausgebil
det, die vorzugsweise aus einem Metall besteht, und mittels
derer die beiden Halbleiterkörper 10, 20 miteinander verbun
den sind.
Der zweite Halbleiterkörper 20 ist größer als der erste Halb
leiterkörper 10 ausgebildet, so dass der zweite Halbleiter
körper 20 unter dem aufgebrachten ersten Halbleiterkörper 10
hervorragt. Die leitende Zwischenschicht 21 ragt ebenfalls
unter dem ersten Halbleiterkörper 10 hervor und ermöglicht
über einen Bereich 42 neben dem ersten Halbleiterkörper 10
eine Kontaktierung der Rückseite 102 des ersten Halbleiter
körpers 10, bzw. des Drain-Anschlusses D des Transistors T.
Vorzugsweise überdeckt die leitende Zwischenschicht 21 zwi
schen dem ersten und zweiten Halbleiterkörper 10, 20 die Vor
derseite 201 des zweiten Halbleiterkörpers 20 vollständig.
Der zweite Halbleiterkörper 20 mit dem darüberliegenden ers
ten Halbleiterkörper 10 ist auf einen Kühlkörper 30 aufge
bracht, der dazu dient, insbesondere die in dem ersten Halb
leiterkörper 10 des Leistungstransistors T anfallende Wärme
aufzunehmen und an die Umgebung abzugeben. Der Kühlkörper 30
ist hierfür vorzugsweise wesentlich großflächiger als der
erste und zweite Halbleiterkörper 10, 20 ausgebildet. Zwi
schen dem zweiten Halbleiterkörper 20 und dem Kühlkörper 30
ist eine Verbindungsschicht 31 vorgesehen, welche einen nied
rigen Wärmewiderstand aufweist, um die Wärme aus den Halblei
terkörpern 10, 20 gut abführen zu können. Die Verbindungs
schicht 31 besteht vorzugsweise aus einem Metall, wobei der
zweite Halbleiterkörper 20 mittels der Zwischenschicht 31 auf
den Kühlkörper 30 aufgelötet sein kann. Zur Kontaktierung des
auf der Rückseite 202 des zweiten Halbleiterkörpers 20 ange
ordneten Kathodenanschlusses der Diode DD ist auf dem Kühl
körper 30 eine Kontaktierung 43 vorgesehen.
Probleme einer elektromagnetischen Abstrahlung über den Kühl
körper 30 bestehen bei der in Fig. 2 dargestellten Anordnung
nicht, da der Kathodenanschluss K wenigstens annäherungsweise
auf einem konstanten Potential Vout bleibt. Die Kühlung des
ersten Halbleiterkörpers 10 erfolgt über den zweiten Halblei
terkörper 20 und den Kühlkörper 30, wobei die Wärmewiderstän
de zwischen dem ersten Halbleiterkörper 10 und dem zweiten
Halbleiterkörper 20 und zwischen dem zweiten Halbleiterkörper
20 und dem Kühlkörper 30 durch die Verwendung metallischer
Zwischenschichten 21, 31 gering sind, so dass eine gute Wär
meabfuhr aus dem ersten Halbleiterkörper 10 gewährleistet
ist. Selbstverständlich können neben metallischen Zwischen
schichten 21, 31 beliebige weitere Zwischenschichten verwen
det werden, welche einen geringen Wärmewiderstand aufweisen
und welche eine elektrisch leitende Verbindung zwischen dem
ersten Halbleiterkörper 10 und dem zweiten Halbleiterkörper
20 bzw. zwischen dem zweiten Halbleiterkörper 20 und dem
Kühlkörper 30 gewährleisten.
Fig. 3 zeigt ein weiteres Ausführungsbeispiel einer erfin
dungsgemäßen Schaltungsanordnung, welches sich von dem in
Fig. 2 dargestellten Ausführungsbeispiel dadurch unterschei
det, dass auf den ersten Halbleiterkörper 10 ein dritter
Halbleiterkörper 40 aufgebracht ist, in welchen eine Ansteu
erschaltung IC für den in dem ersten Halbleiterkörper integ
rierten Leistungsschalter T integriert ist. Eine Anschluss
klemme AK der Ansteuerschaltung IC ist an den Gate-Anschluss
G, 41 des ersten Halbleiterkörpers 10 angeschlossen. Der
dritte Halbleiterkörper 40 ist vorzugsweise mittels einer e
lektrisch isolierenden Zwischenschicht 44 auf den ersten
Halbleiterkörper 10 aufgebracht.
Bei dem Ausführungsbeispiel nach Fig. 3 ist eine Metallisie
rungsebene 211 auf die Vorderseite 201 des zweiten Halblei
terkörpers 20 aufgebracht, welche die Vorderseite 201 vor
zugsweise vollständig überdeckt. Zwischen der Rückseite 102
des ersten Halbleiterkörpers 10 und der Metallisierungsebene
211 ist eine elektrisch leitende Verbindungsschicht 212 -
vorzugsweise ein Lötmaterial- ausgebildet, um die Rückseite
102 des ersten Halbleiterkörpers 10 und die Vorderseite 201
des zweiten Halbleiterkörpers 20 elektrisch leitend miteinan
der zu verbinden. Die Metallisierungsebene 211 und die Ver
bindungsschicht 212 bilden eine elektrisch leitende Zwischen
schicht 21.
Ein neben dem ersten Halbleiterkörper 10 freiliegender Be
reich 42 der Metallisierungsebene 211 bildet einen Kontakt D,
A für den Drain-Anschluss des Transistors T in dem ersten
Halbleiterkörper 10 bzw. für die Anode der Diode DD in dem
zweiten Halbleiterkörper 20. Die im Bereich der Rückseite 102
des ersten Halbleiterkörpers 10 angeordnete Drainzone kann
über den Kontakt 42 auf einfache Weise kontaktiert werden.
Der Kontakt 42 bildet einen gemeinsamen Anschluss für die A
node A der Diode DD und das Drain D des Transistors T.
Fig. 4 zeigt ein weiteres Ausführungsbeispiel einer erfin
dungsgemäßen Schaltungsanordnung in perspektivischer Darstel
lung, bei der mehrere zweite Halbleiterkörper 22, 24, 26 mit
darüberliegenden ersten Halbleiterkörpern 12, 14, 16 auf ei
nem Kühlkörper 32 aufgebracht sind. Wie auch bei dem Ausfüh
rungsbeispiel gemäß Fig. 2 ist jeder erste Halbleiterkörper,
in dem ein vertikaler Transistor integriert ist, 12, 14, 16
gut wärmeleitend und elektrisch leitend mit dem jeweiligen
zweiten Halbleiterkörper 22, 24, 26 verbunden. Des Weiteren
ist jeder zweite Halbleiterkörper 22, 24, 26, in dem eine Di
ode integriert ist, gut wärmeleitend und elektrisch leitend
mit dem Kühlkörper 32 verbunden. Auf dem Kühlkörper 32 sind
vierte Halbleiterkörper 52, 54, 56 aufgebracht, in denen wei
tere Halbleiterschalter integriert sind. Diese Halbleiter
schalter sind ebenfalls als vertikale Transistoren ausgebil
det, wobei Rückseiten der Halbleiterkörper 52, 54, 56 elekt
risch leitend und gut wärmeleitend mit dem Kühlkörper 32 ver
bunden sind. Die Kathodenanschlüsse aller in den zweiten
Halbleiterkörpern 22, 24, 26 integrierten Dioden und die
Drain-Anschlüsse aller in den vierten Halbleiterkörpern 52,
54, 56 integrierten weiteren Leistungstransistoren befinden
sich über dem Kühlkörper 32 auf einem gemeinsamen Potential.
Auf Vorderseiten der vierten Halbleiterkörper 52, 54, 56 sind
Source-Anschlüsse S52, S54, S56 und Gate-Anschlüsse G52, G54,
G56 der weiteren Leistungstransistoren zugänglich. Außerdem
sind auf den Vorderseiten der ersten Halbleiterkörper 12, 14,
16 sowohl Source-Anschlüsse S12, S14, S16 als auch Gate-
Anschlüsse G12, G14, G16 zugänglich.
Fig. 5 zeigt das elektrische Ersatzschaltbild der in Fig. 4
dargestellten Schaltungsanordnung. Das Ersatzschaltbild weist
drei Reihenschaltungen eines ersten Leistungstransistors T12,
T14, T16 und eines zweiten Leistungstransistors T52, T54, T56
auf, wobei ein Source-Anschluss S52, S54, S56 eines zweiten
Leistungstransistors T52, T54, T56 an jeweils einen Drain-
Anschluss eines ersten Leistungstransistors T12, T14, T16 an
geschlossen ist. Hierzu sind in Fig. 4 schematisch elektri
sche Verbindungen 62, 64, 66 eingezeichnet, die den Source-
Anschluss S52, S54, S56 jedes weiteren Leistungstransistors
mit der Vorderseite jeweils eines der zweiten Halbleiterkör
per 22, 24, 26 verbindet, wobei die Vorderseite elektrisch
mit der Rückseite eines der ersten Halbleiterkörper 12, 14,
16 und damit elektrisch leitend mit jeweils einem Drain-
Anschluss eines ersten Leistungstransistors T12, T14, T16
verbunden ist. In Reihe zu den ersten Leistungstransistoren
T12, T14, T16 und damit parallel zu den zweiten Leistungs
transistoren T52, T54, T56 ist jeweils eine Diode D22, D24,
D26 geschaltet, die in den zweiten Halbleiterkörpern 22, 24,
26 integriert ist. Die Kathodenanschlüsse K der Dioden D22,
D24, D26 und die Drain-Anschlüsse der zweiten Leistungstransistoren
T52, T54, T56 sind über den Kühlkörper 32 miteinan
der verbunden.
Die in den Fig. 4, 5 dargestellte Halbbrückenschaltung
eignet sich zur Ansteuerung von Motoren, wobei hierzu paral
lel zu den ersten Leistungstransistoren T12, T14, T16 weitere
Freilaufdioden parallel zu schalten sind, die in Fig. 5 ge
strichelt eingezeichnet sind.
Die erfindungsgemäße Schaltungsanordnung ermöglicht auf ein
fache Weise die Realisierung der Reihenschaltung eines Leis
tungstransistors und einer Diode, wobei eine gute Kühlung des
Leistungstransistors gewährleistet ist und bei der keine e
lektromagnetische Störstrahlung von dem Kühlkörper abge
strahlt wird, ohne dass eine elektrische Isolation zwischen
den auf dem Kühlkörper aufgebrachten Halbleiterkörpern und
dem Kühlkörper erforderlich ist. Als Leistungstransistoren
sind im Zusammenhang mit der Erfindung beliebige Leistungs
transistoren einsetzbar, die in vertikaler Bauweise ausge
führt sind. Als Leistungstransistoren eignen sich insbesonde
re MOSFET (Metal Oxid Semiconductor Field Effect Transistor)
und IGBT (Insulated Gate Bipolar Transistor).
A Anode
AK Ausgangsklemme
C Kondensator
D Drain-Anschluss
DD Diode
D22, D24, D26 Dioden
G Gate-Anschluss
GND Bezugspotential
G12, G14, G16 Gate-Anschlüsse
G52, G54, G56 Gate-Anschlüsse
IC Ansteuerschaltung
K Kathode
S Source-Anschluss
S12, S14, S16 Source-Anschlüsse
S52, S54, S56 Source-Anschlüsse
T Leistungstransistor
T12, T14, T16 erster Leistungstransistor
T52, T54, T56 zweiter Leistungstransistor
Vin Eingangsspannung
Vout Ausgangsspannung
AK Ausgangsklemme
C Kondensator
D Drain-Anschluss
DD Diode
D22, D24, D26 Dioden
G Gate-Anschluss
GND Bezugspotential
G12, G14, G16 Gate-Anschlüsse
G52, G54, G56 Gate-Anschlüsse
IC Ansteuerschaltung
K Kathode
S Source-Anschluss
S12, S14, S16 Source-Anschlüsse
S52, S54, S56 Source-Anschlüsse
T Leistungstransistor
T12, T14, T16 erster Leistungstransistor
T52, T54, T56 zweiter Leistungstransistor
Vin Eingangsspannung
Vout Ausgangsspannung
10
erster Halbleiterkörper
11
Source-Elektrode
12
,
14
,
16
erster Halbleiterkörper
20
zweiter Halbleiterkörper
22
,
24
,
26
zweiter Halbleiterkörper
21
Zwischenschicht
211
Metallisierungsebene
212
Verbindungsschicht
30
Kühlkörper
31
Zwischenschicht
40
dritter Halbleiterkörper
41
Gate-Elektrode
42
Drain-Anschluss
43
Kathoden-Anschluss
44
isolierende Zwischenschicht
62
,
64
,
66
elektrisch leitende Verbindungen
101
Vorderseite des ersten Halbleiterkörpers
102
Rückseite des ersten Halbleiterkörpers
201
Vorderseite des zweiten Halbleiterkörpers
202
Rückseite des zweiten Halbleiterkörpers
Claims (11)
1. Schaltungsanordnung, die ein Halbleiterschaltelement (T;
T12, T14, T16), das in einem ersten Halbleiterkörper (10; 12,
14, 16) integriert ist, und ein dazu in Reihe geschaltetes
weiteres Halbleiterbauelement (DD; D22, D24, D26), das in ei
nem zweiten Halbleiterkörper (D22, D24, D26) integriert ist,
aufweist,
dadurch gekennzeichnet, dass
der zweite Halbleiterkörper (20; 22, 24, 26) auf einem Kühl
körper (30; 32) angeordnet ist und dass der erste (10; 12,
14, 16) Halbleiterkörper auf dem zweiten Halbleiterkörper
(20; 22, 24, 26) angeordnet ist.
2. Schaltungsanordnung nach Anspruch 1, bei dem das Halblei
terschaltelement (T; T12, T14, T16) ein Transistor und bei
dem das weitere Halbleiterbauelement (DD; D12, D14, D16) eine
Diode ist.
3. Schaltungsanordnung nach Anspruch 1 oder 2, bei dem eine
dem zweiten Halbleiterkörper (20; 22, 24, 26) zugewandte Flä
che des ersten Halbleiterkörpers (10; 12, 14, 16) kleiner ist
als eine dem ersten Halbleiterkörper (10; 12, 14, 16) zuge
wandte Fläche des zweiten Halbleiterkörpers (20; 22, 24, 26)
ist.
4. Schaltungsanordnung nach einem der vorangehenden Ansprü
che, bei dem der zweite Halbleiterkörper (20; 22, 24, 26) auf
den Kühlkörper (30; 32) aufgelötet oder aufgeklebt ist.
5. Schaltungsanordnung nach einem der vorangehenden Ansprü
che, bei dem der erste Halbleiterkörper (10; 12, 14, 16) auf
den zweiten Halbleiterkörper (20; 22, 24, 26) aufgelötet oder
aufgeklebt ist.
6. Schaltungsanordnung nach einem der vorangehenden Ansprü
che, bei dem ein weiterer Halbleiterkörper (40), in dem eine
Ansteuerschaltung für den Halbleiterschalter integriert ist,
auf den ersten Halbleiterkörper (10) aufgebracht ist.
7. Schaltungsanordnung nach einem der vorangehenden Ansprü
che, bei der ein weiterer Halbleiterschalter (T52, T54, T56),
der in einem vierten Halbleiterkörper (52, 54, 56) integ
riert ist, auf dem Kühlkörper (32) angeordnet ist.
8. Schaltungsanordnung nach Anspruch 7, bei der mehrere zwei
te Halbleiterkörper (22, 24, 26), auf denen jeweils ein ers
ter Halbleiterkörper (12, 14, 16) mit einem integrierten
Halbleiterschalter (T12, T14, T16) angeordnet ist, und bei
der mehrere vierte Halbleiterkörper (52, 54, 56) mit integ
rierten weiteren Halbleiterschaltern (T52, T54, T56) auf dem
Kühlkörper (32) angeordnet sind.
9. Schaltungsanordnung nach einem der vorangehenden Ansprü
che, bei dem ein auf einer Vorderseite 201 des zweiten Halb
leiterkörpers 20 freiliegender Bereich einer elektrisch lei
tenden Zwischenschicht (21; 211) einen Anschluss für die
Rückseite 102 des ersten Halbleiterkörpers 10 bildet.
10. Verwendung einer Schaltungsanordnung nach einem der vo
rangehenden Ansprüche in einem Schaltnetzteil.
11. Verwendung einer Schaltungsanordnung nach einem der vo
rangehenden Ansprüche in einer Halbbrückenschaltung.
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DE2000138968 DE10038968A1 (de) | 2000-08-10 | 2000-08-10 | Schaltungsanordnung mit wenigstens zwei Halbleiterkörpern und einem Kühlkörper |
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DE2000138968 DE10038968A1 (de) | 2000-08-10 | 2000-08-10 | Schaltungsanordnung mit wenigstens zwei Halbleiterkörpern und einem Kühlkörper |
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2001
- 2001-08-09 WO PCT/EP2001/009223 patent/WO2002013260A2/de active Application Filing
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Also Published As
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