DE10038968A1 - Schaltungsanordnung mit wenigstens zwei Halbleiterkörpern und einem Kühlkörper - Google Patents

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).

Bezugszeichenliste

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

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.