DE102011056937A1 - Die-Gehäuse - Google Patents

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Stefan Macheiner
Andreas Meiser
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Infineon Technologies AG
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Abstract

In einem Ausführungsbeispiel wird ein Die-Gehäuse bereitgestellt, welches aufweist: eine erste Die-Struktur, welche eine erste Mehrzahl von Schaltelementen aufweist, wobei gesteuerte Stromeingangsanschlüsse der ersten Mehrzahl von Schaltelementen mittels eines gemeinsamen Kontaktbereiches miteinander elektrisch verbunden sind und wobei gesteuerte Stromausgangsanschlüsse der ersten Mehrzahl von Schaltelementen voneinander elektrisch isoliert sind; eine zweite Die-Struktur, welche eine zweite Mehrzahl von Schaltelementen aufweist, wobei gesteuerte Stromeingangsanschlüsse der zweiten Mehrzahl von Schaltelementen mittels eines gemeinsamen Kontaktbereiches miteinander elektrisch verbunden sind und wobei gesteuerte Stromeungangsanschlüsse voneinander elektrisch isoliert sind; und wobei bei jedem Schaltelement aus der ersten Mehrzahl von Schaltelementen der Ausgangsanschluss des Schaltelements mit dem Eingangsanschluss mindestens eines Schaltelements der zweiten Mehrzahl von Schaltelementen verbunden ist.

Description

  • Verschiedene Ausführungsformen betreffen ein Die-Gehäuse (Die-Package).
  • Brückenschaltungen und ähnliche Schaltkreise können in vielen elektrischen Schaltungen für bestimmte Anwendungen verwendet werden. Es ist wünschenswert robuste und kosteneffiziente Lösungen zum Bereitstellen solcher Schaltungen zur Verfügung zu haben.
  • In verschiedenen Ausführungsformen wird ein Die-Gehäuse bereitgestellt, welches aufweisen kann: eine erste Die-Struktur, welche eine erste Mehrzahl von Schaltelementen aufweist, wobei jedes Schaltelement einen gesteuerten Stromeingangsanschluss und einen gesteuerten Stromausgangsanschluss aufweist und die gesteuerten Stromeingangsanschlüsse der ersten Mehrzahl von Schaltelementen mittels eines gemeinsamen ersten Kontaktbereiches der ersten Die-Struktur miteinander elektrisch gekoppelt sind und wobei die gesteuerten Stromausgangsanschlüsse der ersten Mehrzahl von Schaltelementen voneinander elektrisch isoliert sind; eine zweite Die-Struktur, welche eine zweite Mehrzahl von Schaltelementen aufweist, wobei jedes Schaltelement einen gesteuerten Stromeingangsanschluss und einen gesteuerten Stromausgangsanschluss aufweist und die gesteuerten Stromausgangsanschlüsse der zweiten Mehrzahl von Schaltelementen mittels eines gemeinsamen zweiten Kontaktbereiches der zweiten Die-Struktur miteinander elektrisch gekoppelt sind und wobei die gesteuerten Stromeingangsanschlüsse der zweiten Mehrzahl von Schaltelementen voneinander elektrisch isoliert sind; und wobei bei jedem Schaltelement aus der ersten Mehrzahl von Schaltelementen der gesteuerte Stromausgangsanschluss des Schaltelements elektrisch mit dem gesteuerten Stromeingangsanschluss mindestens eines Schaltelements der zweiten Mehrzahl von Schaltelementen verbunden ist.
  • Gemäß weiteren Ausführungsformen des Die-Gehäuses kann die Anzahl der Schaltelemente der ersten Mehrzahl von Schaltelementen gleich der Anzahl der Schaltelemente der zweiten Mehrzahl von Schaltelementen sein und bei jedem der Schaltelemente aus der ersten Mehrzahl von Schaltelementen der gesteuerte Stromeusgangsanschluss des Schaltelements mit dem gesteuerten Stromeingangsanschluss genau eines Schaltelements aus der zweiten Mehrzahl von Schaltelementen elektrisch gekoppelt sein.
  • Gemäß weiteren Ausführungsformen des Die-Gehäuses kann die Anzahl der Schaltelemente der ersten Mehrzahl von Schaltelementen und die Anzahl der Schaltelemente der zweiten Mehrzahl von Schaltelementen zwei oder drei betragen.
  • Gemäß weiteren Ausführungsformen des Die-Gehäuses kann die erste Die-Struktur ein erstes Paddle, ein erstes Die und erste Zwischenverbindungen aufweist und die zweite Die-Struktur ein zweites Paddle, ein zweites Die und zweite Zwischenverbindungen aufweisen.
  • Gemäß weiteren Ausführungsformen des Die-Gehäuses können die Schaltelemente der ersten Mehrzahl von Schaltelementen und der zweiten Mehrzahl von Schaltelementen Halbleiter-Schaltelemente sein.
  • Gemäß weiteren Ausführungsformen des Die-Gehäuses können die Schaltelemente der ersten Mehrzahl von Schaltelementen und der zweiten Mehrzahl von Schaltelementen Leistungshalbleiter-Schaltelemente sein.
  • Gemäß weiteren Ausführungsformen des Die-Gehäuses können die Schaltelemente der ersten Mehrzahl von Schaltelementen und der zweiten Mehrzahl von Schaltelementen Feldeffekt-Schaltelemente sein, wobei bei jedem Schaltelement der Stromfluss zwischen dem gesteuerten Stromeingangsanschluss und dem gesteuerten Stromausgangsanschluss des Schaltelements von einem Feldeffekt gesteuert wird.
  • Gemäß weiteren Ausführungsformen des Die-Gehäuses kann jedes der Schaltelemente der ersten Mehrzahl von Schaltelementen und der zweiten Mehrzahl von Schaltelementen einen Steuerungseingang aufweisen zum Steuern des Stromflusses zwischen dem gesteuerten Stromeingangsanschluss und dem gesteuerten Stromausgangsanschluss des Schaltelements.
  • Gemäß weiteren Ausführungsformen des Die-Gehäuses können die Schaltelemente der ersten Mehrzahl von Schaltelementen und der zweiten Mehrzahl von Schaltelementen Feldeffekttransistoren oder IGBT sein.
  • Gemäß weiteren Ausführungsformen des Die-Gehäuses können die Schaltelemente der ersten Mehrzahl von Schaltelementen und der zweiten Mehrzahl von Schaltelementen Feldeffekttransistoren sind und die gesteuerten Stromeingangsanschlüsse Drain-Anschlüsse sein.
  • Gemäß weiteren Ausführungsformen des Die-Gehäuses können die Schaltelemente der ersten Mehrzahl von Schaltelementen und der zweiten Mehrzahl von Schaltelementen Feldeffekttransistoren sind und die gesteuerten Stromausgangsanschlüsse Source-Anschlüsse sein.
  • Gemäß weiteren Ausführungsformen des Die-Gehäuses können die Schaltelemente der ersten Mehrzahl von Schaltelementen und der zweiten Mehrzahl von Schaltelementen so miteinander verbunden sein, dass eine Brückenschaltung gebildet wird.
  • Gemäß weiteren Ausführungsformen kann das Die-Gehäuses ferner einen Eingangsanschluss aufweisen, welcher mit dem gemeinsamen ersten Kontaktbereich verbunden ist.
  • Gemäß weiteren Ausführungsformen kann das Die-Gehäuses ferner einen Ausgangsanschluss aufweisen, welcher mit dem gemeinsamen zweiten Kontaktbereich verbunden ist.
  • Gemäß weiteren Ausführungsformen kann das Die-Gehäuses ferner mindestens einen Temperaturerfassungsschaltkreis und mindestens einen Temperaturerfassungsanschluss zum Ausgeben eines Signals aufweisen, welches eine Temperatur mindestens eines Schaltelements der ersten Mehrzahl von Schaltelementen und der zweiten Mehrzahl von Schaltelementen anzeigt.
  • Gemäß weiteren Ausführungsformen des Die-Gehäuses kann der gemeinsame erste Kontaktbereich von dem gemeinsamen zweiten Kontaktbereich elektrisch isoliert sein.
  • Gemäß weiteren Ausführungsformen kann das Die-Gehäuses ferner einen ersten Leiterrahmen und einen zweiten Leiterrahmen aufweisen, wobei die erste Die-Struktur an den ersten Leiterrahmen angeschlossen ist und die zweite Die-Struktur an den zweiten Leiterrahmen angeschlossen ist.
  • Gemäß weiteren Ausführungsformen des Die-Gehäuses kann die erste Die-Struktur mittels des gemeinsamen ersten Kontaktbereiches an den ersten Leiterrahmen angeschlossen sein und die zweite Die-Struktur kann mittels des gemeinsamen zweiten Kontaktbereiches an den zweiten Leiterrahmen angeschlossen sein.
  • Gemäß weiteren Ausführungsformen des Die-Gehäuses können der erste Leiterrahmen und der zweite Leiterrahmen innerhalb des Die-Gehäuses voneinander elektrisch isoliert sein.
  • In verschiedenen Ausführungsformen wird eine Die-Anordnung bereitgestellt, welche ein Die-Gehäuse gemäß verschiedenen Ausführungsformen, eine Energieversorgung und eine Last aufweisen kann, wobei der gemeinsame erste Kontaktbereich mit der Energieversorgung verbunden sein kann, der gemeinsame zweite Kontaktbereich mit einer Bezugsmasse verbunden sein kann und die gesteuerten Stromausgangsanschlüsse der ersten Mehrzahl von Schaltelementen und der zweiten Mehrzahl von Schaltelementen mit der Last verbunden sein können.
  • Gemäß weiteren Ausführungsbeispielen der Die-Anordnung kann die Last ein elektrischer Motor sein.
  • In den Zeichnungen bezeichnen gleiche Bezugszeichen im Allgemeinen dieselben Teile innerhalb der unterschiedlichen Ansichten. Die Zeichnungen sind nicht notwendigerweise maßstabsgetreu, die Betonung liegt stattdessen im Allgemeinen darauf, die Prinzipien von verschiedenen Ausführungsformen zu veranschaulichen. In der nachfolgenden Beschreibung werden verschiedene Ausführungsformen beschrieben unter Bezug auf die nachfolgenden Zeichnungen, in denen:
  • 1 ein Die-Gehäuse gemäß einem Ausführungsbeispiel zeigt;
  • 2 eine Schaltungsanordnung gemäß einem Ausführungsbeispiel zeigt;
  • 3 ein Die-Gehäuse gemäß einem Ausführungsbeispiel zeigt;
  • 4 eine Querschnittsansicht einer Die-Struktur zeigt;
  • 5 eine Querschnittsansicht einer Die-Struktur zeigt;
  • 6 eine Querschnittsansicht einer Die-Struktur zeigt;
  • 7 ein Die-Gehäuse gemäß einem Ausführungsbeispiel zeigt;
  • 8 ein Die-Gehäuse gemäß einem Ausführungsbeispiel zeigt;
  • 9 ein Die-Gehäuse gemäß einem Ausführungsbeispiel zeigt;
  • 10 ein Die-Gehäuse gemäß einem Ausführungsbeispiel zeigt;
  • 11 ein Die-Gehäuse gemäß einem Ausführungsbeispiel zeigt.
  • Die nachfolgende ausführliche Beschreibung nimmt Bezug auf die beigefügten Zeichnungen, die als Veranschaulichung bestimmte Details und Ausführungsformen zeigen, in denen die Erfindung ausgeübt werden kann. Diese Ausführungsformen sind ausreichend detailliert beschrieben, um diejenigen, die mit der Technik vertraut sind, in die Lage zu versetzen, die Erfindung auszuführen. Andere Ausführungsformen können verwendet werden und strukturelle, logische und elektrische Änderungen können vorgenommen werden, ohne vom Bereich der Erfindung abzuweichen. Die verschiedenen Ausführungsformen schließen sich nicht notwendigerweise gegenseitig aus, da einige Ausführungsformen mit einer oder mehreren anderen Ausführungsformen kombiniert werden können, um neue Ausführungsformen zu bilden.
  • Gemäß einem Ausführungsbeispiel wird ein Die-Gehäuse (Die-Package) bereitgestellt, wie in 1 veranschaulicht.
  • 1 zeigt ein Die-Gehäuse 100 gemäß einem Ausführungsbeispiel.
  • Das Die-Gehäuse 100 weist eine erste Die-Struktur 101 auf, welche eine erste Mehrzahl von Schaltelementen 102 aufweist, wobei jedes Schaltelement 102 einen gesteuerten Stromeingangsanschluss 103 und einen gesteuerten Stromausgangsanschluss 104 aufweist und die gesteuerten Stromeingangsanschlüsse 103 der ersten Mehrzahl von Schaltelementen mittels eines gemeinsamen ersten Kontaktbereiches 105 der ersten Die-Struktur 101 miteinander elektrisch gekoppelt sind und wobei die gesteuerten Stromausgangsanschlüsse 104 der ersten Mehrzahl von Schaltelementen voneinander elektrisch isoliert sind.
  • Das Die-Gehäuse 100 weist ferner eine zweite Die-Struktur 111 auf, welche eine zweite Mehrzahl von Schaltelementen 112 aufweist, wobei jedes Schaltelement 112 einen gesteuerten Stromeingangsanschluss 113 und einen gesteuerten Stromausgangsanschluss 114 aufweist und die gesteuerten Stromausgangsanschlüsse 114 der zweiten Mehrzahl von Schaltelementen elektrisch mittels eines zweiten Kontaktbereiches 115 der zweiten Die-Struktur 111 miteinander gekoppelt sind und wobei die gesteuerten Stromeingangsanschlüsse 113 der zweiten Mehrzahl von Schaltelementen voneinander elektrisch isoliert sind.
  • Bei jedem Schaltelement aus der ersten Mehrzahl von Schaltelementen 102 ist der gesteuerte Stromausgangsanschluss 104 des Schaltelements elektrisch mit dem gesteuerten Stromeingangsanschluss 113 mindestens eines Schaltelements der zweiten Mehrzahl von Schaltelementen 112 verbunden.
  • Mit anderen Worten werden in einer Ausführungsform eine erste Die-Struktur und eine zweite Die-Struktur bereitgestellt innerhalb eines einzigen Gehäuses, wobei jede Die-Struktur eine Mehrzahl von Schaltelementen aufweist und die Anordnung der Schaltelemente ist, in einer Die-Struktur, bezüglich der anderen Die-Struktur umgekehrt. Während beispielsweise die Eingänge bzw. Eingangsanschlüsse der Schaltelemente in einer der Die-Strukturen auf der Unterseite des Chips oder des Dies angeordnet sind (d. h. beispielsweise auf der Seite, welche mit dem Leiterrahmen (lead frame) verbunden ist), sind die Eingänge bzw. Eingangsanschlüsse der Schaltelemente in der anderen Die-Struktur auf der Oberseite des Chips angeordnet (d. h. beispielsweise auf der Chipseite, welche der Seite gegenüber liegt, die mit dem Leiterrahmen verbunden ist).
  • Mittels des Die-Gehäuses 100 kann beispielsweise eine Brückenschaltung mit einer Mehrzahl von Halbbrückenschaltungen (beispielsweise eine 2-, 3-, ... Phasenbrücke) in einem einzigen Gehäuse (d. h. in einem einzigen Chip-Gehäuse) implementiert werden, beispielsweise mittels zweier monolithischer common source/common drain MOSFET (metal-oxide-semiconductor field-effect transistor – Metall-Oxid-Halbleiter-Feldeffekttransistor) frontend Technologien (Technologien mit gemeinsamen Sources (Quellen) bzw. Drains (Senken) bei MOSFETs).
  • Gemäß einem Ausführungsbeispiel kann die Anzahl der Schaltelemente in der ersten Mehrzahl von Schaltelementen der Anzahl der Schaltelemente in der zweiten Mehrzahl von Schaltelementen gleich sein und bei jedem Schaltelement aus der ersten Mehrzahl von Schaltelementen kann der gesteuerte Stromausgangsanschluss des Schaltelements elektrisch mit dem gesteuerten Stromeingangsanschluss von genau einem Schaltelement der zweiten Mehrzahl von Schaltelementen verbunden sein. Beispielsweise kann die Anzahl der Schaltelemente in der ersten Mehrzahl von Schaltelementen und die Anzahl der Schaltelemente in der zweiten Mehrzahl von Schaltelementen zwei oder drei sein.
  • In einer Ausführungsform weist die erste Struktur ein erstes Die-Paddle (Die-Unterlage bzw. Die-Träger), ein erstes Die und erste Zwischenverbindungen auf und die zweite Struktur weist ein zweites Die-Paddle, ein zweites Die und zweite Zwischenverbindungen auf. Das erste Die-Paddle kann beispielsweise den gemeinsamen ersten Kontaktbereich ausbilden. Das erste Die kann beispielsweise dotierte Bereiche aufweisen, so dass die erste Mehrzahl von Schaltelementen (beispielsweise Drain-Bereiche, Source-Bereiche) bereitgestellt wird. Das zweite Die kann beispielsweise dotierte Bereiche aufweisen, so dass die zweite Mehrzahl von Schaltelementen (beispielsweise Drain-Bereiche, Source-Bereiche) bereitgestellt wird. Das zweite Die-Paddle kann beispielsweise den gemeinsamen zweiten Kontaktbereich ausbilden. Die ersten Zwischenverbindungen und/oder die zweiten Zwischenverbindungen kennen beispielsweise die elektrische Kopplung zwischen den gesteuerten Stromausgangsanschlüssen der ersten Mehrzahl von Schaltelementen und den gesteuerten Stromeingangsanschlüssen der zweiten Mehrzahl von Schaltelementen bereitstellen.
  • Die Schaltelemente der ersten Mehrzahl von Schaltelementen und der zweiten Mehrzahl von Schaltelementen können beispielsweise Halbleiter-Schaltelemente sein.
  • Die Schaltelemente der ersten Mehrzahl von Schaltelementen und der zweiten Mehrzahl von Schaltelementen können beispielsweise Leistungshalbleiter-Schaltelemente sein.
  • In einer Ausführungsform können die Schaltelemente der ersten Mehrzahl von Schaltelementen und der zweiten Mehrzahl von Schaltelementen Feldeffekt-Schaltelemente sein, wobei bei jedem Schaltelement der Stromfluss zwischen dem gesteuerten Stromeingangsanschluss und dem gesteuerten Stromausgangsanschluss von einem Feldeffekt gesteuert wird. Beispielsweise kann jedes Schaltelement der ersten Mehrzahl von Schaltelementen und der zweiten Mehrzahl von Schaltelementen einen Steueranschluss aufweisen zum Steuern vom Stromfluss zwischen dem gesteuerten Stromeingangsanschluss und dem gesteuerten Stromausgangsanschluss des Schaltelements.
  • Die Schaltelemente der ersten Mehrzahl von Schaltelementen und der zweiten Mehrzahl von Schaltelementen können beispielsweise Feldeffekttransistoren (wie etwa MOSFETs) oder IGTs (insulated gate transistor – Transistor mit isolierter Gate-Elektrode) sein.
  • In einer Ausführungsform können die Schaltelemente der ersten Mehrzahl von Schaltelementen und der zweiten Mehrzahl von Schaltelementen Feldeffekttransistoren sein und die gesteuerten Stromeingangsanschlüsse können Drain-Anschlüsse sein.
  • In einer Ausführungsform können die Schaltelemente der ersten Mehrzahl von Schaltelementen und der zweiten Mehrzahl von Schaltelementen Feldeffekttransistoren sein und die gesteuerten Stromausgangsanschlüsse können Source-Anschlüsse sein.
  • Die Schaltelemente der ersten Mehrzahl von Schaltelementen und der zweiten Mehrzahl von Schaltelementen können beispielsweise so verschaltet sein (beispielsweise innerhalb des Gehäuses 100), dass eine Brückenschaltung gebildet wird.
  • Das Die-Gehäuse 100 kann ferner einen mit dem gemeinsamen ersten Kontaktbereich gekoppelten Eingangsanschluss aufweisen.
  • In einer Ausführungsform kann das Gehäuse 100 ferner mindestens einen Temperaturerfassungsschaltkreis und mindestens einen Temperaturerfassungsanschluss zum Ausgeben eines Signals aufweisen, welches eine Temperatur mindestens eines Schaltelements der ersten Mehrzahl von Schaltelementen und der zweiten Mehrzahl von Schaltelementen anzeigt.
  • Der gemeinsame erste Kontaktbereich kann beispielsweise von dem gemeinsamen zweiten Kontaktbereich elektrisch isoliert sein.
  • Das Die-Gehäuse 100 kann ferner beispielsweise einen ersten Leiterrahmen und einen zweiten Leiterrahmen aufweisen, wobei die erste Die-Struktur mit dem ersten Leiterrahmen verbunden ist und die zweite Die-Struktur mit dem zweiten Leiterrahmen verbunden ist.
  • In einer Ausführungsform kann die erste Die-Struktur mit dem ersten Leiterrahmen mittels des gemeinsamen ersten Kontaktbereiches verbunden sein und die zweite Die-Struktur kann mit dem zweiten Leiterrahmen mittels des gemeinsamen zweiten Kontaktbereiches verbunden sein. Der erste Leiterrahmen und der zweite Leiterrahmen können innerhalb des Gehäuses voneinander elektrisch isoliert sein.
  • In einer Ausführungsform wird eine Die-Anordnung bereitgestellt, welche das Die-Gehäuse 100, eine Energieversorgung und eine Last aufweist, wobei der gemeinsame erste Kontaktbereich mit der Energieversorgung verbunden sein kann (zur Energiebereitstellung an das Die-Gehäuse 100), der gemeinsame zweite Kontaktbereich mit einer Bezugsmasse (Bezugspotential) verbunden sein kann und die gesteuerten Stramauskopplungsanschlüsse der ersten Mehrzahl von Schaltelementen und der zweiten Mehrzahl von Schaltelementen mit der Last verbunden sein können. Beispielsweise kann es sich bei der Last um einen elektrischen Motor handeln.
  • Mit anderen Worten kann das mit Bezug auf 1 vorangehend beschriebene Die-Gehäuse 100 als Steuerungschip für einen Motor verwendet werden. Dieses ist in 2 veranschaulicht.
  • 2 zeigt eine Schaltungsanordnung 200 gemäß einem Ausführungsbeispiel.
  • Die Schaltungsanordnung 200 weist ein Die-Gehäuse 201, einen Energieversorgungsschaltkreis 202 und einen Motor 203 auf.
  • Das Die-Gehäuse 201 kann beispielsweise dem in 1 gezeigten Gehäuse 100 entsprechen, wobei ein erster MOSFET 204, ein zweiter MOSFET 205 und ein dritter MOSFET 206 der ersten Mehrzahl von Schaltelementen 102 entsprechen und ein vierter MOSFET 207, ein fünfter MOSFET 208 und ein sechster MOSFET 209 der zweiten Mehrzahl von Schaltelementen 112 entsprechen. Es ist anzumerken, dass in diesem Beispiel jeder der MOSFETs 204 bis 209 jeweils in einer Parallelschaltung mit seiner parasitären Diode dargestellt ist.
  • Der erste MOSFET 204, der zweite MOSFET 205 und der dritte MOSFET 206 weisen einen gemeinsamen Drain-Anschluss 210 auf, welcher als dem gemeinsamen Kontaktbereich der gesteuerten Stromeingangsanschlüsse (d. h. der Drains) des ersten MOSFETs 204, des zweiten MOSFETs 205 und des dritten MOSFETs 206 entsprechend betrachtet werden kann.
  • Der erste MOSFET 204, der zweite MOSFET 205 und der dritte MOSFET 206 weisen ferner getrennte Source-Anschlüsse 211 auf, welche als den gesteuerten Stromausgangsanschlüssen (d. h. den Sources) des ersten MOSFETs 204, des zweiten MOSFETs 205 und des dritten MOSFETs 206 entsprechend betrachtet werden können.
  • Das Vorliegen der Source-Anschlüsse 211 als „getrennt” kann so verstanden werden, dass die Source-Anschlüsse 211 zumindest innerhalb des Gehäuses 201 voneinander isoliert sind.
  • Der vierte MOSFET 207, der fünfte MOSFET 208 und der sechste MOSFET 209 weisen einen gemeinsamen Source-Anschluss 212 auf, welcher als dem gemeinsamen Kontaktbereich der gesteuerten Stromausgangsanschlüsse (d. h. der Sources) des vierten MOSFETs 207, des fünften MOSFETs 208 und des sechsten MOSFETs 209 entsprechend betrachtet werden kann.
  • Der vierte MOSFET 207, der fünfte MOSFET 208 und der sechste MOSFET 209 weisen ferner getrennte Drain-Anschlüsse 213 auf, welche den gesteuerten Stromeingangsanschlüssen (d. h. den Drains) des vierten MOSFETs 207, des fünften MOSFETs 208 und des sechsten MOSFETs 209 entsprechend betrachtet werden können. Das Vorliegen der Drain-Anschlüsse 213 als „getrennt” kann so verstanden werden, dass die Drain-Anschlüsse 213 zumindest innerhalb des Gehäuses 201 voneinander isoliert sind.
  • Der Source-Anschluss 211 des ersten MOSFETs 204 ist mit dem Drain-Anschluss 213 des vierten MOSFETs 207 und mit einem ersten Eingang 214 des Motors 203 verbunden. Der Source-Anschluss 211 des zweiten MOSFETs 205 ist mit dem Drain-Anschluss 213 des fünften MOSFETs 208 und mit einem zweiten Eingang 215 des Motors 203 verbunden. Der Source-Anschluss 211 des dritten MOSFETs 206 ist mit dem Drain-Anschluss 213 des sechsten MOSFETs 209 und mit einem dritten Eingang 216 des Motors 203 verbunden.
  • Die MOSFETS 204 bis 209 werden mittels entsprechender (getrennter) Gate-Anschlüsse 220 (an)gesteuert. Die Gate-Anschlüsse 220 können beispielsweise mit einem Steuerungsschaltkreis (nicht dargestellt) verbunden sein.
  • Beispielsweise können die Gate-Anschlüsse 220 mit Steuerungseingangsanschlüssen des Die-Gehäuses (nicht gezeigt) verbunden sein, mittels welcher sie mit sie mit dem Steuerungsschaltkreis verbunden sein können.
  • Die Energieversorgung 202 kann beispielsweise Energie aus einer Batterie 217 mittels einer Batterieumkehr-Schutzschaltung 218 an den gemeinsamen Drain-Anschluss 210 des ersten MOSFETs 204, des zweiten MOSFETs 205 und des dritten MOSFETs 206 bereitstellen. Der erste MOSFET 204, der zweite MOSFET 205 und der dritte MOSFET 206 können somit als die Hochpotentialseiten-MOSFETs (high side MOSFETs) der Schaltungsanordnung 200 betrachtet werden.
  • Der gemeinsame Source-Anschluss 212 des vierten MOSFETs 207, des fünften MOSFETs 208 und des sechsten MOSFETs 209 ist mit einem Bezugsmassenanschluss (Bezugspotentialanschluss) 219 verbunden. Der vierte MOSFET 207, der fünfte MOSFET 208 und der sechste MOSFET 209 können somit als die Niedrigpotentialseiten-MOSFETS (low side MOSFETs) der Schaltungsanordnung 200 betrachtet werden.
  • Der Schaltkreis des Die-Gehäuses 201 kann als eine Brückenschaltung ausbildend betrachtet werden. Der erste MOSFET 204 und der vierte MOSFET 207 können als eine Halbbrücke ausbildend betrachtet werden. Auf ähnliche Weise können der zweite MOSFET 205 und der fünfte MOSFET 208 als eine Halbbrücke ausbildend und der dritte MOSFET 206 und der sechste MOSFET 209 als eine Halbbrücke ausbildend betrachtet werden.
  • In diesem Beispiel ist der Motor 203 ein dreiphasiger Motor, d. h. ein Motor mit drei Phaseneingängen 214, 215, 216, In einem Ausführungsbeispiel kann mittels des Die-Gehäuses 201 eine Motorsteuerungsschaltung für einen zweiphasigen Motor implementiert werden. Beispielsweise kann in diesem Fall das Die-Gehäuse 201 nur den ersten MOSFET 204, den zweiten MOSFET 205, den vierten MOSFET 207 und den fünften MOSFET 208 aufweisen.
  • Die MOSFETs 204 bis 209 können beispielsweise Leistungs-MOSFETs sein. Es ist anzumerken, dass in anderen Ausführungsbeispielen die MOSFETS 204 bis 209 andere Typen von Feldeffekttransistoren oder andere Halbleiter-Schaltelemente sein können (beispielsweise Halbleiter-Leistungsschaltelemente), wie beispielsweise IGBTs (insulated gate bipolar transistors – Bipolartransistoren mit isolierter Gate-Elektrode).
  • Eine Motorsteuerungsschaltung wie die mittels des Gehäuses 201 implementierte kann auch unter Verwendung getrennter MOSFETs realisiert werden, d. h. MOSFETs, welche jeweils ihr eigenes Gehäuse, ihre eigene Ummantelung, ihren eigenen Leiterrahmen und/oder ihren eigenen Chip aufweisen. Beispielsweise kann eine Steuerungsschaltung für einen dreiphasigen Motor unter Verwendung von sechs einzelnen MOSFET-Gehäusen (d. h. Gehäusen mit jeweils einem MOSFET pro Gehäuse) und eine Steuerungsschaltung für einen zweiphasigen Motor unter Verwendung von vier einzelnen MOSFET-Gehäusen realisiert werden. Das Die-Gehäuse 201 kann als eine Einzelgehäuse-Lösung für die Implementierung einer solchen Motorsteuerungsschaltung betrachtet werden im Gegensatz zu einer Mehrgehäuse- bzw. Multigehäuse-Lösung, bei der sechs oder vier einzelne MOSFET-Gehäuse verwendet werden. Es ist anzumerken, dass eine Mehrfachgehäuse-Lösung verwendet werden kann, um Isolation der Drain-Anschlüsse der Niedrigpotentialseiten-MOSFETS voneinander zu erreichen, d. h. um Drain-Anschlüsse zu haben, welche jeweils mit einem Leiterrahmen verbunden sind, so dass die Leiterrahmen untereinander elektrisch isoliert sind.
  • Alternativ kann eine Modul-Lösung verwendet werden, welche jedoch zu hohen Kosten und einem hohen Montageaufwand führen kann.
  • Das Die-Gehäuse 201 kann die Implementierung einer dreiphasigen Brückenschaltung (beispielsweise auch einer zweiphasigen Brückenschaltung, wie oben erwähnt) in einem einzigen Gehäuse ermöglichen. Dieses kann beispielsweise erreicht werden unter Verwendung einer common source Technologie (Technologie mit gemeinsamer Source), wie etwa einer common source MOSFET frontend Technologie. In einem Ausführungsbeispiel kann eine common source Technologie verwendet werden, um eine Mehrzahl von Halbbrücken in einem einzigen Gehäuse zu implementieren unter Verwendung von nur zwei Paddles. Dieses führt zu einer Reduzierung von Komplexität, was die Bereitstellung einer Lösung für eine Motorsteuerungsschaltung bei erniedrigten Kosten ermöglicht im Vergleich zu Lösungen, welche auf Einzelelement-Gehäusen (beispielsweise einzelne MOSFET-Gehäusen) oder Modulen basieren.
  • Ein Beispiel einer Realisierung des Die-Gehäuses 201 basierend auf einer common source Technologie wird im Folgenden beschrieben.
  • 3 zeigt ein Die-Gehäuse 300 gemäß einem Ausführungsbeispiel.
  • Das Die-Gehäuse 300 weist eine erste Die-Struktur 301 und eine zweite Die-Struktur 302 auf, in diesem Beispiel ein zweites Die-Paddle 302.
  • Die erste Die-Struktur 301 weist ein erstes Die-Paddle 310 auf. Ein erstes Die 312 ist auf der Oberseite des ersten Die-Paddle 310 angeordnet. Die zweite Die-Struktur 302 weist eine zweite Die-Paddle 311 auf. Ein zweites Die 313 ist auf der Oberseite des zweiten Die-Paddle 311 angeordnet. Das erste Die-Paddle 310 und das zweite Die-Paddle 311 sind beide beispielsweise Teil eines Leiterrahmens.
  • In einer Ausführungsform kann, alternativ zur Verwendung eines Leiterrahmens und der Die-Paddles 310, 311, das Die-Gehäuse auch mittels „Chip-Einbettung” realisiert werden, wobei die elektrischen Verbindungen und Kontakte mittels lithografisch strukturierter leitfähiger Pfade realisiert sind.
  • In diesem Ausführungsbeispiel stellt die erste Die-Struktur 301 drei MOSFETs in einer common drain Technologie (beispielsweise NMOS (N-type metal-oxide-semiconductor – Metall-Oxid Halbleiter vom n-Typ) Technologie) bereit und die zweite Die-Struktur 302 stellt drei MOSFETS in common drain Technologie (beispielsweise PMOS (P-type metal-oxide-semiconductor – Metall-Oxid Halbleiter vom p-Typ) Technologie) Technologie) bereit. In einem anderen Ausführungsbeispiel stellt die erste Die-Struktur 301 drei MOSFETs in common source Technologie (beispielsweise PMOS Technologie) und die zweite Die-Struktur 302 stellt drei MOSFETs in common drain Technologie (beispielsweise NMOS Technologie).
  • Ein gemeinsamer Drain-Anschluss 303 der ersten Die-Struktur 301 (angeordnet an der Unterseite der ersten Die-Struktur 301 in der in 3 gezeigten Ansicht) entspricht dem gemeinsamen Drain-Anschluss 210 in 2 und ein gemeinsamer Source-Anschluss 304 der zweiten Die-Struktur 302 (angeordnet an der Unterseite der ersten Die-Struktur 301 in der in 3 gezeigten Ansicht) entspricht dem gemeinsamen Source-Anschluss 212 in 2.
  • Die Source-Anschlüsse der MOSFETs der ersten Struktur 301 (welche den getrennten Source-Anschlüssen 211 in 2 entsprechen) sind elektrisch mit den Drain-Terminals der MOSFETs der zweiten Die-Struktur 302 (welche den getrennten Drain-Anschlüssen 213 in 2 entsprechen) verbunden, beispielsweise mittels Bändern 305 oder alternativ mittels Drähten oder Verbindungsbügeln.
  • Der gemeinsame Drain-Anschluss 303 der ersten Die-Struktur 301 kann mit einem Leiterrahmen der ersten Die-Struktur 301 verbunden sein bzw. daran befestigt sein (Die-Verbindung), beispielsweise durch Löten oder Kleben. Auf ähnliche Weise kann der gemeinsame Source-Anschluss 304 der zweiten Die-Struktur 302 mit einem Leiterrahmen der zweiten Die-Sturktur 302 verbunden bzw. daran befestigt sein. Der Leiterrahmen der ersten Die-Struktur 301 und der Leiterrahmen der zweiten Die-Struktur 302 sind in diesem Ausführungsbeispiel getrennte Leiterrahmen. Beispielsweise können der Leiterrahmen der ersten Die-Struktur 301 und der Leiterrahmen der zweiten Die-Struktur 302 innerhalb des Gehäuses 300 voneinander elektrisch isoliert sein.
  • Die Gate-Anschlüsse der MOSFETs der ersten Die-Struktur 301 und der zweiten Die-Struktur 302 sind in diesem Beispiel mit Hochpotentialseiten-Steuerungseingangsanschlüssen 306 und Niedrigpotentialseiten-Steuerungseingangsanschlüssen 307 des Die-Gehäuses 300 verbunden. Die Gate-Anschlüsse der MOSFETs können beispielsweise unter Verwendung von Bonding-Drähten, von den Drain- und Source-Bereichen isolierten vergrabenen Zwischenverbindungspfaden usw. mit den Hochpotentialseiten-Steuerungseingangsanschlüssen 306 und Niedrigpotentialseiten-Steuerungseingangsanschlüssen 307 verbunden sein.
  • Hochpotentialseiten-Anschlüsse 308 und Niedrigpotentialseiten-Anschlüsse 309 des Die-Gehäuses 300, welche in der Die-Anordnung 200 in 2 mit entsprechenden Eingängen 214, 215, 216 des Motors 203 verbunden sein können, können in diesem Beispiel mit den entsprechenden Source-Anschlüssen der Hochpotentialseiten-MOSFETs (d. h. der MOSFETs der ersten Die-Struktur 301) und mit den entsprechenden Drain-Anschlüssen der Niedrigpotentialseiten-MOSFETs (d. h. der MOSFETs der zweiten Die-Struktur 302) durch die Bänder 305 verbunden sein. Die Verbindungen (beispielsweise Metallpfade) zum Verbinden der Hochpatentialseiten-Anschlüsse 308 mit den Source-Anschlüssen der Hochpotentialseiten-MOSFETs und der Niedrigpotentialseiten-Anschlüsse mit den Drain-Anschlüssen der Niedrigpotentialseiten-MOSFETs und die Verbindungen (beispielsweise Metallpfade) der Hochpotentialseiten-Steuerungseingangsanschlüsse 306 mit den Gate-Anschlüssen der Hochpotentialseiten-MOSFETs und der Niedrigpotentialseiten-Steuerungseingangsanschlüsse 307 mit den Gate-Anschlüssen der Niedrigpotentialseiten-MOSFETs können isoliert und voneinander getrennt sein, um Kurzschlüsse zu vermeiden. Das kann von Vorteil sein im Hinblick auf eine FMEA (failure mode effects analysis – Fehlermöglichkeits- und Fehlereinflussanalyse).
  • In einer Ausführungsform kann das Gehäuse 300 einen Stromsensor und/oder einen Temperatursensor aufweisen.
  • Die Realisierung der ersten Die-Struktur 301 unter Verwendung einer common drain Technologie wird im Folgenden unter Bezug auf 4 erläutert.
  • 4 zeigt eine Querschnittsansicht einer Die-Struktur 400.
  • Die Querschnittsansicht der Die-Struktur 400 kann als einem Abschnitt der ersten Die-Struktur 301 aus 3 entlang der Achse A-A' entsprechend betrachtet werden.
  • Die Die-Struktur 400 weist drei MOSFETs 410, welche den MOSFETs der ersten Die-Struktur 301 aus 3 entsprechen. Jeder MOSFET 410 weist einen Source-Anschluss 411 und ein Graben-Gate (Trench-Gate) 407 auf, welches von dem Halbleitersubstrat durch eine Oxidschicht 408 isoliert ist. Die Die-Struktur 400 weist einen gemeinsamen Drain-Anschluss 402 der MOSFETs 410 auf. Ein Gate 407 erstreckt sich nach unten durch die P-Typ Schicht 405 in die N-Typ Schicht 404, welche oberhalb des N+ Drain-Bereiches 403 angeordnet ist. Source-Bereiche 409 grenzen an das Gate 407 an der Oberfläche des Substrats an. Wenn einer der MOSFETs 410 eingeschaltet ist, fließt ein Strom vertikal von dem Source-Anschluss 411 des MOSFETs 410 in die Source-Bereiche 409 bis MOSFETs 410, nach unten durch die Kanalbereiche, welche angrenzend an das Gate 407 des MOSFETs 410 ausgebildet sind, durch bzw. über den erweiterten Drain-Bereich (extended Drain-Bereich) 404 und den Drain-Bereich 403 des MOSFETs 410 zu der gemeinsamen Drain-Elektrode 402 des MOSFETs 410.
  • Eine Realisierung der zweiten Die-Struktur 302 unter Verwendung einer common source Technologie gemäß einem Ausführungsbeispiel ist im Folgendem mit Bezug auf 5 erläutert.
  • 5 zeigt eine Querschnittsabsicht einer Die-Struktur 500.
  • Die Querschnittsansicht der Die-Struktur 500 kann als einem Bereich der zweiten Die-Struktur 302 aus 3 entlang der Achse B-B' entsprechend betrachtet werden.
  • Die Die-Struktur 500 weist drei MOSFETs 510 auf, welche den MOSFETs der zweiten Die-Struktur 302 aus 3 entsprechen. Die Die-Struktur 500 weist einen Halbleiterkörper auf mit einer ersten Oberfläche 501 und einer zweiten Oberfläche 502, welche gegenüber der ersten Oberfläche 501 angeordnet ist.
  • Der Halbleiterkörper kann ein beliebige geeignete Halbleitermaterial aufweisen, wie etwas Silizium (Si), Siliziumcarbid (SiC), Galliumarsenid (GaAs) oder Galliumnitrid (GaN).
  • Für jeden MOSFET 510 kann der Halbleiterkörper einen Driftbereich 513 eines ersten Leitfähigkeitstyps, einen Source-Bereich 511 und einen Body-Bereich (Körper-Bereich) 512 aufweisen, welcher zwischen dem Driftbereich 513 und der zweiten Oberfläche 502 angeordnet ist.
  • Der Source-Bereich 511 ist von einem ersten Leitfähigkeitstyp und der Body-Bereich 512 ist von einem zweiten Leitfähigkeitstyp und ist zwischen dem Source-Bereich 511 und dem Driftbereich 513 angeordnet. Ein Drain-Bereich 514 ist zwischen dem Driftbereich 513 und der ersten Oberfläche 501 angeordnet. Der Source-Bereich 511 und der Body-Bereich 512 sind stärker dotiert als der Driftbereich 513 und der Drain-Bereich 514 ist stärker dotiert als der Driftbereich 513. Die Dotierstoffkonzentration des Driftbereiches 513 liegt beispielsweise im Bereich von 1015 cm–3 bis 1017 cm–3, die Dotierstoffkonzentration des Body-Bereichs 512 liegt beispielsweise in einen Bereich von 1016 cm–3 bis 1015 cm–3, die Dotierstoffkonzentration des Source-Bereichs 511 liegt beispielsweise in einem Bereich von 1019 cm–3 und 1021 cm–3 und die Dotierstoffkonzentration des Drain-Bereichs 514 liegt beispielsweise in einem Bereich von 1019 cm–3 bis 1021 cm–3.
  • Der Drain-Bereich 514 ist von dem gleichen Leitfähigkeitstyp wie der Driftbereich 513, jedoch ist er stärker dotiert.
  • In diesem Beispiel sind die MOSFETs 510 n-Kanal MOSFETs. Deshalb sind der Driftbereich 513 und der Source-Bereich 511 n-dotiert, während der Body-Bereich 512 p-dotiert ist.
  • In einem Ausführungsbeispiel, wo eine PMOS common source Technologie verwendet wird, können der Driftbereich 513 und der Source-Bereich 511 p-dotiert sein während der Body-Bereich 512 n-dotiert sein kann.
  • Jeder MOSFET 510 weist ferner eine Gate-Elektrode 515 auf. Die Gate-Elektrode 515 ist als eine Grabenelektrode ausgebildet, welche in einem Graben angeordnet ist, der sich von der ersten Oberfläche 501 in den Halbleiterkörper 520 erstreckt. Die Gate-Elektrode 515 ist neben dem Body-Bereich 512 angeordnet und erstreckt sich in vertikaler Ausrichtung des Halbleiterkörpers 500 von dem Driftbereich 513 durch den Body-Bereich 512 zum Source- Bereich 511.
  • Die Gate-Elektrode 515 ist vom Body-Bereich 512, dem Source-Bereich 511 und den Driftbereichen 513 dielektrisch durch ein Gate-Dielektrikum 516 isoliert. Die Gate-Elektrode 515 kann ein beliebiges geeignetes Gate-Elektrodenmaterial aufweisen, beispielsweise ein dotiertes polykristallines Halbleitermaterial, wie etwa Polysilicium oder ein Metall.
  • Das Gate-Dielektrikum 516 kann ein beliebiges geeignetes dielektrisches Gate-Material aufweisen, beispielweise ein Oxid, wie etwa Siliziumdioxid (SiO2), ein Nitrid oder ein High-k Dielektrikum (Dielektrikum mit einer hohen Dielektrizitätskonstante k).
  • Die MOSFETs 510 haben einen gemeinsamen Source-Anschluss 541, welcher in elektrischen Kontakt mit den Source-Bereichen 511 der MOSFETs 510 steht. Der Source-Bereich 541 ist unterhalb der zweiten Oberfläche 501 angeordnet, ist von der Gate-Elektrode 515 durch eine Gate-Isolationsschicht 531 elektrisch isoliert und kann mit einen Leiterrahmen des Die-Paddle 500 verbunden sein.
  • Für jeden MOSFET 510 erstreckt sich eine Gate-Verbindungselektrode 521, welche mit der Gate-Elektrode 515 elektrisch verbunden ist, durch den Driftbereich 513 und den Drain-Bereich 514 zur ersten Oberfläche 501 hin und ist dielektrisch von diesen Halbleiterbereichen 513, 514 durch eine dielektrische Schicht 522 isoliert. Die dielektrische Schicht 522 kann aus dem gleichen Material wie das Gate-Dielektrikum 516 ausgebildet sein, sie kann jedoch auch aus einem anderen dielektrischen Material ausgebildet sein. Gemäß einem Ausführungsbeispiel kann die dielektrische Schicht 522 der Gate-Verbindungselektrode 521 dicker sein als das Gate-Dielektrikum 516, d. h. ein Abstand zwischen der Gate-Verbindungselektrode 521 und dem sie umgebenden Halbleiterbereich kann größer sein als der Abstand zwischen der Gate-Elektrode 515 und dem Body-Bereich 512.
  • Jeder MOSFET 510 weist einen Drain-Anschluss 542 auf, welcher in elektrischem Kontakt mit dem Drain-Bereich 514 steht. Die Gate-Elektrode 515 kann elektrisch mit einer Gate-Verbindungselektrode (nicht gezeigt) verbunden sein, welche einen Gate-Anschluss des MOSFETs 510 ausbildet, welcher beispielsweise an der ersten Oberfläche 501 der Die-Struktur 500 angeordnet ist und beispielsweise einem der Niedrigpotentialseiten-Steuerungseingangsanschlüssen 307 entspricht. Die Gate-Elektrode 515 kann mit dem Gate-Anschluss mittels der Gate-Verbindungselektrode 521 elektrisch verbunden sein, beispielsweise mittels eines Metallpfades, welcher senkrecht zur in 5 dargestellten Querschnittsansicht verläuft.
  • Eine weitere Realisierung der zweiten Die-Struktur 302 gemäß einem Ausführungsbeispiel wird im Folgendem mit Bezug auf 6 erläutert.
  • 6 zeigt eine Querschnittsansicht einer Die-Struktur 600.
  • Die Querschnittsansicht in 6 kann als eine Querschnittsabsicht entlang der Achse B-B' in 3 betrachtet werden, wobei sie jedoch nur den Teil darstellt, welcher einem MOSFET entspricht. Die anderen MOSFETs der zweiten Die-Struktur 302 können auf analoge Weise implementiert werden und die Source-Bereiche können verbunden werden, beispielsweise indem sie mit einem gemeinsamen Leiterrahmen verbunden werden.
  • Die Die-Struktur 600 weist einen MOSFET auf, welcher ein Gate 623 (beispielsweise Polysilicium aufweisend) und eine Gate-Isolationsschicht 624 aufweist, welche das Gate 623 von den darunter liegenden Halbleiterbereichen isoliert. Die Gate-Isolationsschicht 624 kann gewöhnliches Siliziumdioxid oder weitere geeignete dielektrische Isolationsmaterialien aufweisen. In einem Ausführungsbeispiel kann das Gate 623 Polysilicium aufweisen, welches mit einer Silizid-Oberschicht ausgebildet ist, so das der Gate-Widerstand reduziert werden kann. Das Gate 623 kann beispielsweise eine Länge von 1 μm haben und die Isolationsschicht 624 kann beispielsweise eine Dicke von 30 nm bis 50 nm haben.
  • Der MOSFET der Die-Struktur 600 weist auch einen Source-Bereich 617 und einen Drain-Bereich 616 auf. Beide Bereiche 616, 617 sind in diesem Beispiel stark mit Arsen dotiert (N+) und sind beispielsweise mit einer Tiefe von ungefähr 0,3 μm ausgebildet. Ein erweiterter Drain-Bereich 615 ist mit dem Drain-Bereich 616 verbunden. Um eine Durchschlagsspannung von ungefähr 10 V bis 20 V zu erreichen, kann der erweiterte Drain-Bereich mit einer Länge von ungefähr 1 μm und einer Dicke von ungefähr 0,3 μm bis 0,5 μm bereitgestellt werden.
  • Die Die-Struktur 600 weist einen in einer p-Typ (Epitaxie-)Halbleiterschicht 612 ausgebildeten Bereich 614 vom p-Typ auf, welche den erweiterten Drain-Bereich 615 von dem Source-Bereich 617 trennt. Der Bereich 614 beugt einem Durchbruch zwischen der Source und dem Drain vor. Der Bereich 614 vom p-Typ steuert bzw. beeinflusst auch die Schwellspannung des Transistors und verhindert ein Einschalen des parasitären npn-Bipolartransistors. Beispielsweise kann der Bereich 614 vom p-Typ mittels einer Diffusion von implantierten Bor-Störstellen ausgebildet werden.
  • Das Gate 623 kann den n+ Source-Bereich 617 und den erweiterten Drain-Bereich 615 geringfügig überlappen, so dass eine kontinuierliche Leitung im Kanalbereich des MOSFETs bereitgestellt wird. Der Überlapp mit dem Bereich 614 ermöglicht auch höhere Durchbruchspannungen der Vorrichtung. Jedoch ist der Überlapp zwischen den Schichten 614, 615 für den Betrieb nicht erforderlich. Der Kanalbereich des MOSFETs ist an einem Ende durch den n+ Source-Bereich 617 und an dem anderen Ende durch den erweiterten Drain-Bereich 615 vom n-Typ begrenzt. Ein Kanal aus Elektronen wird entlang der Waferoberfläche im Bereich 614 vom p-Typ von den Bereichen 614 und 612 gebildet, falls sich die Bereiche 614, 615 nicht knapp unterhalb des Gates 623 überlappen, wenn der MOSFET eingeschaltet wird durch Anlegen einer ausreichenden Spannung ans Gate. Die Dicke der Gate-Isolationsschicht 624 kann beispielsweise ausreichend groß gewählt (beispielsweise in einem Bereich von 30 nm bis 50 nm), um eine hohe Gate-Kapazität zu vermeiden.
  • Die Epitaxieschicht 612 kann auf der Oberfläche eines p+ Substrates 611 ausgebildet sein. Um eine gewünschte Durchbruchspannung in der Vorrichtungsstruktur zu erzielen, kann die Ladung in der Schicht 612 auf eine hohe Durchbruchspannung (BVD – breakdown voltage) und einen niedrigen Leitungswiderstand Rds(An) (Widerstand zwischen Drain und Source im eingeschalteten Zustand des Transistors) hin balanciert und optimiert werden. Die Epitaxieschicht kann beispielsweise mit einer Konzentration von 1016 cm–3 dotiert sein und kann mit einer Dicke von ungefähr 3 μm ausgebildet sein.
  • Der Substratbereich 611 kann stark dotiert sein, so dass ein Niedrigwiderstandspfad für den Strom im eingeschalteten Zustand bereitgestellt werden kann. Beispielsweise kann das Substrat 611 mit einem Widerstand von ungefähr 0,01 bis 0,003 Ohm cm ausgebildet sein mit einer Dicke von ungefähr 250 μm. Eine Source-Elektrode 622 (Source-Anschluss) ist entlang der Bodenfläche bzw. Unterseite der Die-Struktur 600 (beispielsweise am Boden des Wafers) ausgebildet und ist elektrisch mit dem p+ Substrat 611 verbunden.
  • Eine Metallisierung der Bodenfläche der Die-Struktur 600 erleichtert auf diese Weise künftiges Verbinden mit einer Gehäuse-Elektrode, beispielsweise das Verbinden mit einem Leiterrahmen. In einer Ausführungsform weisen die obere und die untere Metallisierungsschicht 621, 622 jeweils Schichten aus Ti, Ni und Ag, wobei jede dieser Schichten eine Dicke im Submikrometerbereich aufweist. In einem weiteren Ausführungsbeispiel weist die obere Schicht 621 Aluminium oder eine Aluminiumlegierung auf.
  • Ein Leitungsbereich 618 kann auf der Oberfläche des Wafers angeordnet sein, um den Source-Bereich 617 mit dem p+ Bereich 619 kurzzuschließen oder elektrisch zu verbinden. Der Leitungsbereich 618 kann eine Vielzahl von Metallen, Legierungen, dotierten Halbleitermaterialien, Siliciden usw. aufweisen, welche diesem Zweck genügen. Der Bereich 619, welcher mittels Diffusion von Bor ausgebildet werden kann, erstreckt sich von der Oberfläche bis zum p+ Substrat 611, so dass ein Niedrigwiderstandspfad zwischen dem n+ Source-Bereich 617 und der Source-Elektrode 622 bereitgestellt wird. Diese Verbindung erleichtert einen hohen Stromfluss zur Source-Metallisierungsschicht entlang der Bodenfläche des Wafers.
  • Die Oberfläche des Wafers ist von einem Zwischenschicht-Dielektrikum 620 bedeckt, welches Siliciumdioxid aufweisen kann. Das Dielektrikum 620 isoliert das Gate 623 elektrisch von der Drain-Metallisierungsschicht 621, welche die gesamte Oberfläche des Wafers über dem Transistor bedeckt und mit dem n+ Drain-Bereich 616 verbunden ist (außer der kleinen Fläche des Gate-Kontaktes).
  • Im eingeschalteten Zustand wird eine ausreichende Spannung ans Gate 623 angelegt (beispielsweise mittels eines damit verbundenem senkrecht zur Zeichenebene in 6 verlaufenden Metallpfades), so dass ein Kanal von Elektronen entlang der Oberfläche des p-Body-Bereiches 614 ausgebildet wird. Dieses stellt einen Pfad für einen Elektronen-Stromfluss von der Source-Elektrode 622, durch n+ Source-Bereiche 617, durch die im p-Body-Bereich 614 ausgebildeten Kanalbereiche, entlang dem n-Typ Driftbereich 615, durch den n+ Drain 616 und in die metallische Drain-Elektrode 621.
  • Eine weitere Ansicht des Die-Gehäuses 300 aus 3 gemäß einem Ausführungsbeispiel ist in 7 gezeigt.
  • Figur zeigt ein Die-Gehäuse 700 gemäß einem Ausführungsbeispiel.
  • Das Die-Gehäuse 700 entspricht in einem Ausführungsbeispiel dem Die-Gehäuse 300 aus 3. Die in 7 dargestellte Ansicht kann als eine Bodenansicht des Die-Gehäuses 300 aus 3 betrachtet werden.
  • Das Die-Gehäuse 700 weist einen Drain-Anschluss 701, welcher dem gemeinsamen Drain-Anschluss 303 des Die-Gehäuses 300 aus 3 entspricht, und ein Source-Anschluss 702 auf, welcher dem gemeinsamen Source-Anschluss 304 des Die-Gehäuses 300 aus 3 entspricht. Das Die-Gehäuse 700 weist ferner Hochpotentialseiten-Anschlüsse 703 auf, welche dem Hochpotentialseiten-Anschlüssen 301 des Die-Gehäuses 300 aus 3 entsprechen, und Niedrigpotentialseiten-Anschlüsse 704, welche den Niedrigpotentialseiten-Anschlüssen 309 des Die-Gehäuses 300 aus 3 entsprechen.
  • Zusätzlich weist das Die-Gehäuse 700 Hochpotentialseiten-Steuerungseingangsanschlüsse 705 auf, welche den Hochpotentialseiten-Steuerungseingangsanschlüssen 306 des Die-Gehäuses 300 aus 3 entsprechen, und Niedrigpotentialseiten-Steuerungseingangsanschlüsse 706, welche den Niedrigpotentialseiten-Steuerungseingangsanschlüssen 307 des Die-Gehäuses aus 3 entsprechen.
  • Sollte angemerkt werden, dass in diesem Beispiel die Hochpotentialseiten-Steuerungseingangsanschlüsse 705 und die Niedrigpotentialseiten-Steuerungseingangsanschlüsse 706 auf zwei Seiten des Die-Gehäuses 700 angeordnet sind, während die Hochpotentialseiten-Steuerungseingangsanschlüsse 306 und die Niedrigpotentialseiten-Steuerungseingangsanschlüsse 307 des Die-Gehäuses 300 auf nur einer Seite des Die-Gehäuses 300 angeordnet sind, wie in 3 dargestellt.
  • Es ist ebenfalls möglich die Hochpotentialseiten-Steuerungseingangsanschlüsse und die Niedrigpotentialseiten-Steuerungseingangsanschlüsse bezüglich des Die-Gehäuses 300 aus 3 auf der anderen Seite des Die-Gehäuses anzuordnen.
  • Dieses ist in 8 dargestellt.
  • 8 zeigt ein Die-Gehäuse 800 gemäß einem Ausführungsbeispiel.
  • In Analogie zum Die-Gehäuse 300 aus 3 weist das Gehäuse 800 eine erste Die-Struktur 801, eine zweite Die-Struktur 802, einen gemeinsamen Drain-Anschluss 803, einen gemeinsamen Source-Anschluss 804, Hochpotentialseiten-Anschlüsse 808 und Niedrigpotentialseiten-Anschlüsse 809 auf.
  • In diesem Beispiel sind die Hochpotentialseiten-Steuerungseingangsanschlüsse 806 und die Niedrigpotentialseiten-Steuerungseingangsanschlüsse 807 auf der anderen Seite des Die-Gehäuses angeordnet im Vergleich zu dem Die-Gehäuse 300 aus 3.
  • In einem Ausführungsbeispiel weist das Gehäuse 300 Temperatursensoranschlüsse auf, welche eine Überwachung der Temperatur der MOSFETs des Gehäuses 300 ermöglichen. Dieses ist in 9 veranschaulicht.
  • 9 zeigt ein Die-Gehäuse 900 gemäß einem Ausführungsbeispiel.
  • In Analogie zum Die-Gehäuse 300 aus 3 weist das Gehäuse 900 eine erste Die-Struktur 901, eine zweite Die-Struktur 902, einen gemeinsamen Drain-Anschluss 903, einen gemeinsamen Source-Anschluss 904, Hochpotentialseiten-Anschlüsse 908 und Niedrigpotentialseiten-Anschlüsse 909, Hochpotentialseiten-Steuerungseingangsanschlüsse 906 und Niedrigpotentialseiten-Steuerungseingangsanschlüsse 907 auf.
  • Zusätzlich weist das Gehäuse 900 einen Hochpotentialseiten-Temperaturerfassungsanschluss 910 und einen Niedrigpotentialseiten-Temperaturerfassungsanschluss 911 auf. Das Die-Gehäuse 900 kann auch eine Mehrzahl von Hochpotentialseiten-Temperaturerfassungsanschlüssen 910 und/oder eine Mehrzahl von Niedrigpotentialseiten-Temperaturerfassungsanschlüssen 911 aufweisen, beispielsweise einen Hochpotentialseiten-Temperaturerfassungsanschluss 910 oder einen Niedrigpotential-Temperaturerfassungsanschluss 911 für jeden MOSFET des Gehäuses 900. Mittels der Temperaturerfassungsanschlüsse 910, 911 kann die Temperatur der MOSFETs des Die-Gehäuses 900 gesteuert werden, beispielsweise mittels Temperatursensoren, welche thermisch an die MOSFETs der Hochpotentialseite oder Niedrigpotentialseite gekoppelt sind, so dass beispielsweise jeweils ein Temperatursensor an einen MOSFET thermisch gekoppelt sein kann.
  • Während das Die-Gehäuse 300 aus 3 drei Halbbrücken bereitstellt, beispielsweise zum Steuern eines dreiphasigen Motors, kann in einem Ausführungsbeispiel ein Die-Gehäuse bereitgestellt werden, welches eine andere Anzahl von Halbbrücken bereitstellt, beispielsweise zwei Halbbrücken, beispielsweise zum Steuern eines zweiphasigen Motors. Dieses ist in 10 dargestellt.
  • 10 zeigt ein Die-Gehäuse 1000 gemäß einem Ausführungsbeispiel.
  • In Analogie zum Die-Gehäuse 300 aus 3 weist das Gehäuse 1000 eine erste Die-Struktur 1001, eine zweite Die-Struktur 1002, einen gemeinsamen Drain-Anschluss 1003, einen gemeinsamen Source-Anschluss 1004, Hachpatentialseiten-Anschlüsse 1008, Niedrigpotentialseiten-Anschlüsse 1009, Hochpotentialseiten-Steuerungseingangsanschlüsse 1006 und Niedrigpotentialseiten-Steuerungseingangsanschlüsse 1007 auf.
  • Im Gegensatz zum Die-Gehäuse 300 in 3 weist das Gehäuse 1000 nur zwei Hochpotentialseiten-MOSFETs und zwei Niedrigpotentialseiten-MOSFETs auf. Entsprechend weist das Gehäuse 1000 nur zwei Hochpotentialseiten-Anschlüsse 1008, zwei Niedrigpotentialseiten-Anschlüsse 2009, zwei Hochpotentialseiten-Steuerungseingangsanschlüsse 1006 und zwei Niedrigpotentialseiten-Steuerungseingangsanschlüsse 1007 auf.
  • Ein Die-Gehäuse, in welchem die Hochpotentialseiten-MOSFETs p-Kanal MOSFETs sind, ist 11 veranschaulicht.
  • 11 zeigt ein Die-Gehäuse 1100 gemäß einem Ausführungsbeispiel.
  • In gleicher Weise wie das Gehäuse 201, welches in 2 gezeigt ist, weist das Gehäuse 1100 einen ersten MOSFET 1104, einen zweiten MOSFET 1105, einen dritten MOSFET 1106, einen vierten MOSFET 1107, einen fünften MOSFET 1108 und einen sechsten MOSFET 1109 auf.
  • Im Gegensatz zum Gehäuse 201 in 2, sind der erste MOSFET 1104, der zweite MOSFET 1105 und der dritte MOSFET 1106 in diesem Beispiel p-Kanal MOSFETs.
  • Der erste MOSFET 1104, der zweite MOSFET 1105 und der dritte MOSFET 1106 weisen einen gemeinsamen Source-Anschluss 1110 auf.
  • Der erste MOSFET 1104, der zweite MOSFET 1105 und der dritte MOSFET 1106 weisen ferner getrennte Drain-Anschlüsse 1111 auf.
  • Der vierte MOSFET 1107, der fünfte MOSFET 1108 und der sechste MOSFET 1109 sind, wie im Die-Gehäuse 201 in 2, n-Kanal MOSFETs und weisen einen gemeinsamen Source-Anschluss 1112 auf.
  • Der vierte MOSFET 1107, der fünfte MOSFET 1108 und der sechste MOSFET 1109 weisen ferner getrennte Drain-Anschlüsse 1113 auf.
  • Der Drain-Anschluss 1111 des ersten MOSFETs 1104 ist mit dem Drain-Anschluss 1113 des vierten MOSFETs 1107 verbunden. Der Drain-Anschluss 1111 des zweiten MOSFETs 1105 ist mit dem Drain-Anschluss 1113 des fünften MOSFETs 1108 verbunden. Der Drain-Anschluss 1111 des dritten MOSFETs 1106 ist mit dem Drain-Anschluss 1113 des sechsten MOSFETs 1109 verbunden.
  • Die MOSFETs 1104 bis 1109 sind mittels entsprechender Gate-Anschlüsse 1120 ansteuerbar.
  • Das Die-Gehäuse 1100 kann beispielsweise wie in 3 bereitgestellt werden, außer dass in diesem Fall auf der Hochpotentialseite die Die-Paddel 303 den gemeinsamen Source-Anschluss des ersten MOSFETs 1104, des zweiten MOSFETs 1105 und des dritten MOSFETs 1106 ausbilden würde und an der Oberseite des erste Dies 312 die Drain-Bereiche des ersten MOSFETs 1104, des zweiten MOSFETs 1105 und des dritten MOSFETs 1106 durch die Bänder 305 verbunden sein wurden (an Stelle der Source-Bereiche).
  • Obwohl die Erfindung vor allem unter Bezugnahme auf bestimmte Ausführungsformen gezeigt und beschrieben worden ist, sollte von denjenigen, die mit dem Fachgebiet vertraut sind, verstanden werden, dass zahlreiche Änderungen bezüglich Ausgestaltung und Details daran vorgenommen werden können, ohne vom Wesen und Bereich der Erfindung, wie durch die angefügten Ansprüche definiert, abzuweichen. Der Bereich der Erfindung wird somit durch die angefügten Ansprüche bestimmt, und es ist daher beabsichtigt, dass sämtliche Änderungen, welche unter den Wortsinn oder den Äquivalenzbereich der Ansprüche fallen, umfasst werden.

Claims (21)

  1. Die-Gehäuse (100, 201, 300) aufweisend: eine erste Die-Struktur (101, 301), welche eine erste Mehrzahl von Schaltelementen (102) aufweist, wobei jedes Schaltelement (102) einen gesteuerten Stromeingangsanschluss (103) und einen gesteuerten Stromausgangsanschluss (104, 211) aufweist und die gesteuerten Stromeingangsanschlüsse (103) der ersten Mehrzahl von Schaltelementen (102) mittels eines gemeinsamen ersten Kontaktbereiches (105, 210, 303) der ersten Die-Struktur (101, 301) miteinander elektrisch gekoppelt sind und wobei die gesteuerten Stromausgangsanschlüsse (104, 211) der ersten Mehrzahl von Schaltelementen (102) voneinander elektrisch isoliert sind; eine zweite Die-Struktur (111, 302), welche eine zweite Mehrzahl von Schaltelementen (112) aufweist, wobei jedes Schaltelement (112) einen gesteuerten Stromeingangsanschluss (113, 213) und einen gesteuerten Stromausgangsanschluss (114) aufweist und die gesteuerten Stromausgangsanschlüsse (114) der zweiten Mehrzahl von Schaltelementen (112) mittels eines gemeinsamen zweiten Kontaktbereiches (115, 212, 304) der zweiten Die-Struktur (111, 302) miteinander elektrisch gekoppelt sind und wobei die gesteuerten Stromeingangsanschlüsse (113, 213) der zweiten Mehrzahl von Schaltelementen (114) voneinander elektrisch isoliert sind; und wobei bei jedem Schaltelement (102) aus der ersten Mehrzahl von Schaltelementen (102) der gesteuerte Stromausgangsanschluss (104, 211) des Schaltelements (102) elektrisch mit dem gesteuerten Stromeingangsanschluss (113, 213) mindestens eines Schaltelements (112) der zweiten Mehrzahl von Schaltelementen (112) verbunden ist.
  2. Die-Gehäuse (100, 201, 300) gemäß Anspruch 1, wobei die Anzahl der Schaltelemente (102) der ersten Mehrzahl von Schaltelementen (102) gleich der Anzahl der Schaltelemente (112) der zweiten Mehrzahl von Schaltelementen (112) ist und bei jedem der Schaltelemente (102) aus der ersten Mehrzahl von Schaltelementen (102) der gesteuerte Stromausgangsanschluss (104, 211) des Schaltelements (102) mit dem gesteuerten Stromeingangsanschluss (113, 213) genau eines Schaltelements (112) aus der zweiten Mehrzahl von Schaltelementen (112) elektrisch gekoppelt ist.
  3. Die-Gehäuse (100, 201, 300) gemäß Anspruch 1 oder 2, wobei die Anzahl der Schaltelemente (102) der ersten Mehrzahl von Schaltelementen (102) und die Anzahl der Schaltelemente (112) der zweiten Mehrzahl von Schaltelementen (112) zwei oder drei beträgt.
  4. Die-Gehäuse (100, 201, 800) gemäß einem der Ansprüche 1 bis 3, wobei die erste Die-Struktur (101, 301) ein erstes Paddle (310), ein erstes Die (312) und erste Zwischenverbindungen aufweist und die zweite Die-Struktur (111, 302) ein zweites Paddle (311), ein zweites Die (313) und zweite Zwischenverbindungen aufweist.
  5. Die-Gehäuse (100, 201, 300) gemäß einem der Ansprüche 1 bis 4, wobei die Schaltelemente der ersten Mehrzahl von Schaltelementen (102) und der zweiten Mehrzahl von Schaltelementen (112) Halbleiter-Schaltelemente sind.
  6. Die-Gehäuse (100, 201, 300) gemäß einem der Ansprüche 1 bis 5, wobei die Schaltelemente der ersten Mehrzahl von Schaltelementen (102) und der zweiten Mehrzahl von Schaltelementen (112) Leistungshalbleiter-Schaltelemente sind.
  7. Die-Gehäuse (100, 201, 300) gemäß einem der Ansprüche 1 bis 6, wobei die Schaltelemente der ersten Mehrzahl von Schaltelementen (102) und der zweiten Mehrzahl von Schaltelementen (112) Feldeffekt-Schaltelemente sind, wobei bei jedem Schaltelement (102, 112) der Stromfluss zwischen dem gesteuerten Stromeingangsanschluss (103, 113, 213) und dem gesteuerten Stromausgangsanschluss (104, 114, 211) des Schaltelements von einem Feldeffekt gesteuert wird.
  8. Die-Gehäuse (100, 201, 300) gemäß einem der Ansprüche 1 bis 7, wobei jedes der Schaltelemente der ersten Mehrzahl von Schaltelementen (102) und der zweiten Mehrzahl von Schaltelementen (112) einen Steuerungseingang (220, 306, 307) aufweist zum Steuern des Stromflusses zwischen dem gesteuerten Stromeingangsanschluss (103, 113, 213) und dem gesteuerten Stromausgangsanschluss (104, 114, 211) des Schaltelements.
  9. Die-Gehäuse (100, 201, 300) gemäß einem der Ansprüche 1 bis 8, wobei die Schaltelemente der ersten Mehrzahl von Schaltelementen (102) und der zweiten Mehrzahl von Schaltelementen (112) Feldeffekttransistoren oder IGBT sind.
  10. Die-Gehäuse (100, 201, 300) gemäß einem der Ansprüche 1 bis 9, wobei die Schaltelemente der ersten Mehrzahl von Schaltelementen (102) und der zweiten Mehrzahl von Schaltelementen (112) Feldeffekttransistoren sind und die gesteuerten Stromeingangsanschlüsse (103, 113, 213) Drain-Anschlüsse sind.
  11. Die-Gehäuse (100, 201, 300) gemäß einem der Ansprüche 1 bis 10, wobei die Schaltelemente der ersten Mehrzahl von Schaltelementen (102) und der zweiten Mehrzahl von Schaltelementen (112) Feldeffekttransistoren sind und die gesteuerten Stromausgangsanschlüsse (104, 114, 211) Source-Anschlüsse sind.
  12. Die-Gehäuse (100, 201, 300) gemäß einem der Ansprüche 1 bis 11, wobei die Schaltelemente der ersten. Mehrzahl von Schaltelementen (102) und der zweiten Mehrzahl von Schaltelementen (112) so miteinander verbunden sind, dass eine Brückenschaltung gebildet wird.
  13. Die-Gehäuse (100, 201, 300) gemäß einem der Ansprüche 1 bis 12 ferner aufweisend: einen Eingangsanschluss, welcher mit dem gemeinsamen ersten Kontaktbereich (105, 210, 303) verbunden ist.
  14. Die-Gehäuse (100, 201, 300) gemäß einem der Ansprüche 1 bis 13, ferner aufweisend: einen Ausgangsanschluss, welcher mit dem gemeinsamen zweiten Kontaktbereich (115, 212, 304) verbunden ist.
  15. Die-Gehäuse (100, 201, 300) gemäß einem der Ansprüche 1 bis 14, ferner aufweisend: mindestens einen Temperaturerfassungsschaltkreis und mindestens einen Temperaturerfassungsanschluss (910, 911) zum Ausgeben eines Signals aufweist, welches eine Temperatur mindestens eines Schaltelements der ersten Mehrzahl von Schaltelementen (102) und der zweiten Mehrzahl von Schaltelementen (112) anzeigt.
  16. Die-Gehäuse (100, 201, 300) gemäß einem der Ansprüche 1 bis 15, wobei der gemeinsame erste Kontaktbereich (105, 210, 303) von dem gemeinsamen zweiten Kontaktbereich (115, 212, 304) elektrisch isoliert ist.
  17. Die-Gehäuse (100, 201, 300) gemäß einem der Ansprüche 1 bis 16, ferner aufweisend: einen ersten Leiterrahmen und einen zweiten Leiterrahmen, wobei die erste Die-Struktur (101, 801) an den ersten Leiterrahmen angeschlossen ist und die zweite Die-Struktur (111, 802) an den zweiten Leiterrahmen angeschlossen ist.
  18. Die-Gehäuse (100, 201, 300) gemäß Anspruch 17, wobei die erste Die-Struktur (101, 801) mittels des gemeinsamen ersten Kontaktbereiches (105, 210, 303) an den ersten Leiterrahmen angeschlossen ist und die zweite Die-Struktur (111, 802) mittels des gemeinsamen zweiten Kontaktbereiches (115, 212, 304) an den zweiten Leiterrahmen angeschlossen ist.
  19. Die-Gehäuse (100, 201, 300) gemäß Anspruch 17 oder 18, wobei der erste Leiterrahmen und der zweite Leiterrahmen innerhalb des Die-Gehäuses (100, 201, 300) voneinander elektrisch isoliert sind.
  20. Die-Anordnung (200), aufweisend: ein Die-Gehäuse (201) gemäß Anspruch 1, eine Energieversorgung (202), und eine Last (203), wobei der gemeinsame erste Kontaktbereich (210) mit der Energieversorgung (202) verbunden ist, der gemeinsame zweite Kontaktbereich (212) mit einer Bezugsmasse (219) verbunden ist und die gesteuerten Stromausgangsanschlüsse (211, 213) der ersten Mehrzahl von Schaltelementen (204, 205, 206) und der zweiten Mehrzahl von Schaltelementen (207, 208, 209) mit der Last (203) verbunden sind.
  21. Die-Anordnung (200) gemäß Anspruch 21, wobei die Last ein elektrischer Motor (203) ist.
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