DE102018132422B4 - Leistungsvorrichtung für Gleichrichter - Google Patents

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Abstract

Leistungsvorrichtung (10) für Gleichrichter, die Folgendes umfasst:einen ersten Anschluss (100) und einen zweiten Anschluss (200), die jeweils zum Verbinden mit einer externen Schaltung ausgelegt sind; undein Schaltungssystem (300), das zwischen dem ersten Anschluss (100) und dem zweiten Anschluss (200) angeordnet ist und mit dem ersten Anschluss (100) und dem zweiten Anschluss (200) elektrisch verbunden ist, wobei das Schaltungssystem (300) einen vorgeformten Chip (310) und eine Steuervorrichtung (320) umfasst, wobeider vorgeformte Chip (310) Folgendes umfasst:einen Transistor (312), der eine erste Elektrode (3121), eine zweite Elektrode (3122) und eine dritte Elektrode (3123) aufweist; undeine erste Verkapselung (316), die den Transistor (312) verkapselt, wobei die Steuervorrichtung (320) nicht durch die erste Verkapselung (316) verkapselt ist, und wobeider erste Anschluss (100) mit der ersten Elektrode (3121) elektrisch verbunden ist, der zweite Anschluss (200) mit der zweiten Elektrode (3122) elektrisch verbunden ist, und die Steuervorrichtung (320) mit der dritten Elektrode (3123) des Transistors (312) elektrisch verbunden ist.

Description

  • Technisches Gebiet
  • Die Offenbarung bezieht sich auf eine Leistungsvorrichtung und genauer auf eine Leistungsvorrichtung für Gleichrichter.
  • Beschreibung des verwandten Gebiets
  • Im bestehenden Fahrzeugtransportsystem sind die Fahrzeugstromgeneratoren alle Wechselstromgeneratoren, da der Wirkungsgrad und die Lebensdauer eines Wechselstromgenerators viel höher als jene eines Gleichstromgenerators sind. Um den Wechselstrom, der durch den Wechselstromgenerator erzeugt wird, in die Batterie zu laden, wird eine Gleichrichterdiode verwendet, um den Wechselstrom in Gleichstrom gleichzurichten. Auf diese Weise wird die elektrische Leistung für diverse elektrische Vorrichtungen im Fahrzeugsystem derart zugeführt, dass sie ununterbrochen arbeiten und das Fahrzeug fahren kann, ohne die elektrische Leistung zu verbrauchen, die in der Batterie gespeichert ist, um in der Batterie reichlich elektrische Leistung für die nächste Fahrt zu halten. Im Allgemeinen sind üblicherweise 6 bis 8 Gleichrichterdioden auf den Elektrodenplatten eines Wechselstromgenerators angeordnet.
  • In der Vergangenheit wurde häufig eine pn-Sperrschichtdiode als eine Gleichrichterdiode verwendet. Jedoch weist die pn-Sperrschichtdiode eine ziemlich hohe Durchlassspannung (VF) auf, die leicht das Problem eines Leistungsumsetzungsverlustes bewirkt.
  • Daher wurde kürzlich eine Gleichrichterdiode entwickelt, die einen Metalloxidhalbleiter-Feldeffekttransistor (MOSFET) verwendet, um eine synchrone Gleichrichtung durchzuführen. Da der MOSFET kein eingebautes Potential aufweist und eine niedrige VF aufweist, ist der Verlust ebenfalls gering. Jedoch benötigt das Ansteuern des MOSFET eine zusätzliche integrierte Steuerschaltung und so weiter, um ein Schaltungssystem zu bilden, die Kopplung im Inneren des Schaltungssystems ist häufig kompliziert, was eine hohe parasitäre Wirkung ergibt, die den Wirkungsgrad des Gleichrichters beeinflusst.
  • Die DE 11 2015 003 757 T5 beschreibt eine Halbleitervorrichtung, enthaltend: eine erste Außenelektrode, welche einen runden Außenrandteil enthält; einen MOSFET-Chip; einen Steuerschaltungs-Chip, welcher Spannungen einer Drain-Elektrode und einer Source-Elektrode des MOSFET empfängt und ein Signal zum Steuern des MOSFET-Chips auf der Grundlage der Spannung an eine Gate-Elektrode liefert; eine zweite Außenelektrode, welche bezüglich des MOSFET-Chips auf einer der ersten Außenelektrode entgegengesetzten Seite angeordnet ist und eine Außenanschlussklemme auf einer Mittelachse des runden Außenrandteils der ersten Außenelektrode enthält; und ein Isoliersubstrat, welches den Steuerschaltungs-Chip von der Außenelektrode isoliert. Die erste Außenelektrode, die Drain-Elektrode und die Source-Elektrode des MOSFET-Chips und die zweite Außenelektrode sind so angeordnet, dass sie sich in einer Richtung der Mittelachse überdecken. Die Drain-Elektrode des MOSFET-Chips und die erste Außenelektrode sind verbunden. Die Source-Elektrode des MOSFET-Chips und die zweite Außenelektrode sind verbunden.
  • Die DE 10 2009 040 557 B4 beschreibt ein Bauelement mit genau einem Halbleiterchip, der ein Leistungs-MOSFET ist.
  • Zusammenfassung
  • Die Erfindung ist in den unabhängigen Ansprüchen definiert. Die abhängigen Ansprüche definieren bevorzugte Ausführungsformen. Die Offenbarung schafft eine Leistungsvorrichtung für Gleichrichter, die ein Schaltungssystem mit einer geringen parasitären Wirkung aufweist und die VF weiter absenken kann, und wodurch der Wirkungsgrad des Gleichrichters verbessert wird.
  • Eine Leistungsvorrichtung für Gleichrichter der Offenbarung enthält vorzugsweise einen ersten Anschluss und einen zweiten Anschluss, die zum Verbinden mit einer externen Schaltung ausgelegt sind, und ein Schaltungssystem, das zwischen dem ersten Anschluss und dem zweiten Anschluss angeordnet ist. Das Schaltungssystem ist mit dem ersten Anschluss und dem zweiten Anschluss elektrisch verbunden. Das Schaltungssystem enthält einen vorgeformten Chip und eine Steuervorrichtung. Der vorgeformte Chip enthält einen Transistor und eine erste Verkapselung, wobei der Transistor eine erste Elektrode, eine zweite Elektrode und eine dritte Elektrode aufweist und die erste Verkapselung zum Verkapseln des Transistors ausgelegt ist. Der erste Anschluss, der zweite Anschluss und die Steuervorrichtung sind mit der ersten Elektrode bzw. der zweiten Elektrode bzw. der dritten Elektrode des Transistors elektrisch verbunden.
  • In einer Ausführungsform der Offenbarung enthält der vorgeformte Chip ferner eine strukturierte Schaltungsschicht, die mit der ersten Elektrode und/oder der zweiten Elektrode und/oder der dritten Elektrode des Transistors verbunden ist, und die erste Verkapselung verkapselt die strukturierte Schaltungsschicht und legt einen Abschnitt der strukturierten Schaltungsschicht frei.
  • In einer Ausführungsform der Offenbarung ist die strukturierte Schaltungsschicht mit der ersten Elektrode und der dritten Elektrode elektrisch verbunden, und der erste Anschluss und die Steuervorrichtung sind über den freiliegenden Abschnitt der strukturierten Schaltungsschicht mit der ersten Elektrode bzw. der dritten Elektrode elektrisch verbunden.
  • In einer Ausführungsform der Offenbarung legt der vorgeformte Chip, der durch die erste Verkapselung verkapselt ist, die zweite Elektrode frei, die mit dem zweiten Anschluss elektrisch verbunden ist.
  • In einer Ausführungsform der Offenbarung umfassen ein Material des ersten Anschlusses und ein Material des zweiten Anschlusses Aluminium, Kupfer oder eine Legierung davon.
  • In einer Ausführungsform der Offenbarung ist der Transistor ein Feldeffekttransistor, der durch Spannung oder Strom gesteuert wird.
  • In einer Ausführungsform der Offenbarung ist der Transistor ein Metalloxidhalbleiter-Feldeffekttransistor, ein bipolarer Transistor mit isoliertem Gate oder ein Galliumnitrid-Transistor.
  • In einer Ausführungsform der Offenbarung enthält ein Material der ersten Verkapselung ein Epoxidharz, ein Silikonharz, ein Biphenyl-Harz, einen ungesättigten Polyester oder ein Keramikmaterial.
  • In einer Ausführungsform der Offenbarung enthält der erste Anschluss eine Basis und eine Leitung, eine Form einer Bodenfläche der Basis ist ein Kreis, ein Quadrat oder ein Sechseck, und eine Form des zweiten Anschlusses ist ein Kreis, ein Quadrat oder ein Sechseck.
  • In einer Ausführungsform der Offenbarung kann die Leistungsvorrichtung für Gleichrichter ferner einen leitfähigen Abstandhalter enthalten, der zwischen dem vorgeformten Chip und dem ersten Anschluss angeordnet ist und zum elektrischen Verbinden des vorgeformten Chips und des ersten Anschlusses ausgelegt ist.
  • In einer Ausführungsform der Offenbarung sind der leitfähige Abstandhalter und der erste Anschluss einteilig ausgebildet.
  • In einer Ausführungsform der Offenbarung kann die Leistungsvorrichtung für Gleichrichter ferner eine zweite Verkapselung enthalten, die auf dem zweiten Anschluss angeordnet ist und zum Abdecken des leitfähigen Abstandhalters, des Schaltungssystems und eines Abschnitts des ersten Anschlusses ausgelegt ist.
  • In einer Ausführungsform der Offenbarung kann die Leistungsvorrichtung für Gleichrichter ferner eine zweite Verkapselung enthalten, die zwischen dem vorgeformten Chip und dem ersten Anschluss angeordnet ist und zum Verkapseln der Steuervorrichtung und des leitfähigen Abstandhalters ausgelegt ist und einen Abschnitt des leitfähigen Abstandhalters freilegt.
  • In einer Ausführungsform der Offenbarung kann die Leistungsvorrichtung für Gleichrichter ferner ein Bondmaterial enthalten, das zwischen der zweiten Verkapselung und dem ersten Anschluss angeordnet ist.
  • In einer Ausführungsform der Offenbarung enthält die Leistungsvorrichtung für Gleichrichter ferner eine dritte Verkapselung, die auf dem zweiten Anschluss angeordnet ist und zum Abdecken des leitfähigen Abstandhalters, des Schaltungssystems und eines Abschnitts des ersten Anschlusses ausgelegt ist.
  • In einer Ausführungsform der Offenbarung umfassen ein Material der zweiten Verkapselung und ein Material der dritten Verkapselung ein Epoxidharz, ein Silikonharz, ein Biphenly-Harz, einen ungesättigten Polyester oder ein Keramikmaterial.
  • Eine weitere Leistungsvorrichtung für Gleichrichter der Offenbarung enthält vorzugsweise einen ersten Anschluss und einen zweiten Anschluss, die zum Verbinden mit einer externen Schaltung ausgelegt sind, und einen vorgeformten Chip, der zwischen dem ersten Anschluss und dem zweiten Anschluss angeordnet ist. Der vorgeformte Chip enthält einen Transistor und eine erste Verkapselung, wobei der Transistor eine erste Elektrode und eine zweite Elektrode aufweist und die erste Verkapselung zum Verkapseln des Transistors ausgelegt ist und wobei der erste Anschluss und der zweite Anschluss mit der ersten Elektrode des Transistors bzw. der zweiten Elektrode des Transistors elektrisch verbunden sind.
  • In einer weiteren Ausführungsform der Offenbarung enthält der vorgeformte Chip ferner eine strukturierte Schaltungsschicht, die mit der ersten Elektrode elektrisch verbunden ist, wobei die erste Verkapselung die strukturierte Schaltungsschicht verkapselt und einen Abschnitt der strukturierten Schaltungsschicht freilegt und der erste Anschluss über den freiliegenden Abschnitt der strukturierten Schaltungsschicht mit der ersten Elektrode elektrisch verbunden ist.
  • In einer weiteren Ausführungsform der Offenbarung legt der vorgeformte Chip die zweite Elektrode frei, die mit dem zweiten Anschluss elektrisch verbunden ist.
  • In einer weiteren Ausführungsform der Offenbarung umfassen ein Material des ersten Anschlusses und ein Material des zweiten Anschlusses Aluminium, Kupfer oder eine Legierung davon.
  • In einer weiteren Ausführungsform der Offenbarung enthält ein Material der ersten Verkapselung ein Epoxidharz, ein Silikonharz, ein Biphenyl-Harz, einen ungesättigten Polyester oder ein Keramikmaterial.
  • Eine Gleichrichtervorrichtung eines Fahrzeuggenerators der Offenbarung enthält die oben genannte Leistungsvorrichtung für Gleichrichter.
  • Auf der Grundlage des Obenstehenden ordnet das Schaltungssystem in der Leistungsvorrichtung für Gleichrichter der Offenbarung die Steuervorrichtung direkt auf dem vorgeformten Chip an, der durch Verkapseln des Transistors in der ersten Verkapselung und die strukturierte Schaltungsschicht gebildet ist, und vervollständigt dadurch die Schaltungsverbindung. Da das Schaltungssystem in der Leistungsvorrichtung für Gleichrichter der Offenbarung kein zusätzliches Drahtbonding erfordert, wird ein Schaltungssystem mit einer geringen parasitären Wirkung erzielt. Außerdem wird aufgrund des niedrigen Widerstands des Transistors eine verringerte VF erhalten, und somit wird der Wirkungsgrad der Leistungsvorrichtung für Gleichrichter verbessert. In einer Ausführungsform, in der die Steuervorrichtung nicht erforderlich ist, kann die Zuverlässigkeit der Gesamtverkapselung erhöht werden, indem zuerst der Transistor in einen vorgeformten Chip ausgebildet wird und wobei anschließend der vorgeformte Chip mit den zwei Anschlüssen elektrisch verbunden wird.
  • Um zu bewirken, dass das Voranstehende verständlicher wird, sind mehrere Ausführungsformen, die von Zeichnungen begleitet sind, wie folgt im Einzelnen beschrieben.
  • Figurenliste
  • Die begleitenden Zeichnungen sind enthalten, um ein tieferes Verständnis der Offenbarung bereitzustellen. Die Zeichnungen veranschaulichen beispielhafte Ausführungsformen der Offenbarung und dienen zusammen mit der Beschreibung dazu, die Prinzipien der Offenbarung zu erklären.
    • 1 ist eine schematische Querschnittsansicht einer Leistungsvorrichtung gemäß einer Ausführungsform der Offenbarung.
    • 2 ist eine schematische Draufsicht von 1, und 1 ist die Querschnittsansicht entlang des Linienabschnitts I-I in 2.
    • 3A ist eine schematische Stirnansicht eines vorgeformten Chips gemäß der Ausführungsform der Offenbarung.
    • 3B ist eine schematische Rückansicht des vorgeformten Chips aus 3A.
    • 4 ist eine schematische Querschnittsansicht einer Leistungsvorrichtung gemäß einer weiteren Ausführungsform der Offenbarung.
    • 5 ist eine schematische Draufsicht von 4, und 4 ist die Querschnittsansicht entlang des Linienabschnitts II-II in 5.
    • 6 ist eine schematische Querschnittsansicht einer Leistungsvorrichtung gemäß einer nochmals weiteren Ausführungsform der Offenbarung.
    • 7 ist eine schematische Draufsicht von 6, und 6 ist die Querschnittsansicht entlang des Linienabschnitts III-III in 7.
    • 8A ist eine schematische Stirnansicht eines vorgeformten Chips gemäß einer nochmals weiteren Ausführungsform der Offenbarung.
    • 8B ist eine schematische Rückansicht eines vorgeformten Chips gemäß der nochmals weiteren Ausführungsform der Offenbarung.
  • Beschreibung der Ausführungsformen
  • Eine Beschreibung, die von Zeichnungen begleitet wird, ist im Folgenden bereitgestellt, um beispielhafte Ausführungsformen der Offenbarung verständlich zu erklären. Jedoch sei erwähnt, dass die Offenbarung nach wie vor gemäß vielen anderen verschiedenen Formen implementiert sein kann und nicht als auf die im Folgenden beschriebenen Ausführungsformen eingeschränkt angesehen werden sollte. Zur Klarheit der Zeichnungen können die Größen und Dicken jedes Bereichs, jedes Abschnitts und jeder Schicht nicht gemäß dem praktischen Maßstab veranschaulicht sein. Zum einfachen Verständnis werden in der folgenden Beschreibung denselben Elementen dieselben Bezugszeichen zugewiesen.
  • 1 ist eine schematische Querschnittsansicht einer Leistungsvorrichtung gemäß einer Ausführungsform der Offenbarung. 2 ist eine schematische Draufsicht von 1. Zur Klarheit sind einige Elemente der Leistungsvorrichtung aus 2 weggelassen. 3A und 3B sind eine schematische Stirn- und Rückansicht eines vorgeformten Chips gemäß der Ausführungsform der Offenbarung.
  • Unter Bezugnahme auf 1 bis 3B ist die Leistungsvorrichtung 10 z. B. eine Gleichrichterdiode, die in einem Fahrzeuggenerator zum Gleichrichten von Wechselstrom in Gleichstrom angewendet wird und zu diversen elektrischen Vorrichtungen und Batterien im Fahrzeugsystem Gleichstrom überträgt. In dieser Ausführungsform enthält die Leistungsvorrichtung 10 einen zweiten Anschluss 200, einen ersten Anschluss 100 und ein Schaltungssystem 300, wobei der zweite Anschluss 200 und der erste Anschluss 100 zum Verbinden mit einer externen Schaltung ausgelegt sind und das Schaltungssystem 300 zwischen dem zweiten Anschluss 200 und dem ersten Anschluss 100 angeordnet ist und das Schaltungssystem 300 mit dem zweiten Anschluss 200 und dem ersten Anschluss 100 elektrisch verbunden ist.
  • In dieser Ausführungsform enthält das Schaltungssystem 300 einen vorgeformten Chip 310 und eine Steuervorrichtung 320. Wie in 2 gezeigt ist, enthält die detaillierte Struktur des vorgeformten Chips 310 einen Transistor 312, der eine erste Elektrode 3121, eine zweite Elektrode 3122 und eine dritte Elektrode 3123 aufweist (wie in 3A und 3B gezeigt ist), und eine erste Verkapselung 316, die zum Verkapseln des Transistors 312 ausgelegt ist. Der erste Anschluss 100, der zweite Anschluss 200 und die Steuervorrichtung 320 sind mit dem Transistor 312 elektrisch verbunden. Zum Beispiel sind der erste Anschluss 100, der zweite Anschluss 200 und die Steuervorrichtung 320 mit der ersten Elektrode 3121 bzw. der zweiten Elektrode 3122 bzw. der dritten Elektrode 3123 des Transistors 312 elektrisch verbunden.
  • In einer weiteren Ausführungsform kann der vorgeformte Chip 310 ferner eine strukturierte Schaltungsschicht 314 enthalten, die mit dem Transistor 312 verbunden ist. Die strukturierte Schaltungsschicht 314 kann mit der ersten Elektrode 3121 und/oder der zweiten Elektrode 3122 und/oder der dritten Elektrode 3123 des Transistors 312 elektrisch verbunden sein. Die erste Verkapselung 316 verkapselt die strukturierte Schaltungsschicht 314, und ein Abschnitt der strukturierten Schaltungsschicht 314 liegt frei. Zum Beispiel ist die strukturierte Schaltungsschicht 314 mit der ersten Elektrode 3121 und der dritten Elektrode 3123 elektrisch verbunden, und der erste Anschluss 100 und die Steuervorrichtung 320 sind über den freiliegenden Abschnitt der strukturierten Schaltungsschicht 314 mit der ersten Elektrode 3121 bzw. der dritten Elektrode 3123 elektrisch verbunden. In dieser Ausführungsform liegt die zweite Elektrode 3122 aus dem vorgeformten Chip 310 frei, der durch die erste Verkapselung 316 verkapselt ist, und die freiliegende zweite Elektrode 3122 ist mit dem zweiten Anschluss 200 elektrisch verbunden.
  • In dieser Ausführungsform ist der Transistor 312 z. B. ein Feldeffekttransistor, der durch Spannung oder Strom gesteuert wird. In einer Ausführungsform ist der Transistor 312 z. B. ein MOSFET, ein bipolarer Transistor mit isoliertem Gate oder ein Galliumnitrid-Transistor. Wenn der Transistor 312 z. B. ein MOSFET ist, sind die Source, der Drain und das Gate des MOSFET die erste Elektrode 3121 bzw. die zweite Elektrode 3122 bzw. die dritte Elektrode 3123 des Transistors 312. Die Verbindungsstücke des Gates und der Source des MOSFET befinden sich auf derselben Seite, die dem ersten Anschluss 100 zugewandt ist, das Verbindungsstück des Drain befindet sich auf der anderen Seite, die dem zweiten Anschluss 200 zugewandt ist, und der zweite Anschluss 200 ist über das Verbindungsstück des Drain mit dem MOSFET elektrisch verbunden. Da der MOSFET während des Einschaltens einen niedrigen Widerstand aufweist, kann eine niedrigere Einschaltspannung (z. B. eine VF kleiner als 0,5 V) erzielt werden, und der Wirkungsgrad der Leistungsvorrichtung 10 wird dadurch verbessert. Ferner befindet sich die Steuervorrichtung 320 direkt in Kontakt mit der strukturierten Schaltungsschicht 314 und ist über die strukturierte Schaltungsschicht 314 mit der dritten Elektrode 3123 des Transistors 312 elektrisch verbunden, daher werden die herkömmlichen Probleme eines hohen Widerstands und einer schlechten Zuverlässigkeit, die durch ein Drahtbonding bewirkt werden, beseitigt, und die Integrität des Schaltungssystems 300 wird dadurch verbessert.
  • Außerdem kann die Leistungsvorrichtung 10 ferner einen Kondensator 330, einen leitfähigen Abstandhalter 340 und so weiter enthalten, und ein Bondmaterial 350 (wie etwa ein Lötmittel) kann zwischen dem ersten Anschluss 100 und dem leitfähigen Abstandhalter 340 angeordnet sein, um den ersten Anschluss 100 und den Transistor 312 in dem vorgeformten Chip 310 elektrisch zu verbinden. Auf diese Weise wird der einfließende Wechselstrom durch das Schaltungssystem 300, das eine gleichrichtende Funktion aufweist, in einen Gleichstrom gleichgerichtet, und anschließend wird der Gleichstrom von der Leistungsvorrichtung 10 ausgegeben.
  • In dieser Ausführungsform ist der zweite Anschluss 200 z. B. eine Basiselektrode mit einer Rille 200a, und die Form des zweiten Schlusses 200 ist z. B. ein Kreis, ein Quadrat oder ein Sechseck, jedoch ist die Offenbarung nicht darauf eingeschränkt. Tatsächlich kann der zweite Anschluss 200 gemäß den Anforderungen des Produktentwurfs verschiedene Formen oder Ausprägungen annehmen, z. B. keine Rille aufweisen oder ferner eine erhöhte Basis (nicht veranschaulicht) auf der Oberfläche zum Anordnen des Schaltungssystems 300 enthalten. In dieser Ausführungsform enthält ein Material des zweiten Anschlusses 200 Aluminium, Kupfer oder eine Legierung der vorhergehenden Metalle (wie etwa eine Aluminiumlegierung), vorzugsweise Kupfer oder Aluminium. Wenn das Material des zweiten Anschlusses 200 Aluminium ist, kann er eine gute Wärmeleitfähigkeit, eine gute elektrische Leitfähigkeit und eine große Wärmekapazität aufweisen. Außerdem kann der Außenumfang des zweiten Anschlusses 200 dieser Ausführungsform, wie in 2 gezeigt ist, zahnradförmig sein, derart, dass während des Installierens der Leistungsvorrichtung 10 am Fahrzeuggenerator durch eine Presspassungs-Verbindungstechnologie sichergestellt ist, dass auf dem Schaltungssystem 300 in der Leistungsvorrichtung 10 keine Beschädigungen oder Fehler auftreten.
  • In dieser Ausführungsform ist der erste Anschluss 100 z. B. eine Elektrode, die eine Basis 110 und eine Leitung 120, die mit der Basis 110 verbunden ist, enthält. In dieser Ausführungsform ist die Basis 110 des ersten Anschlusses 100 mit der Leitung 120 elektrisch verbunden, und der erste Anschluss 100 ist durch die Leitung 120 mit der externen Schaltung verbunden. Wie in 1 gezeigt ist, sind die Basis 110 des ersten Anschlusses 100 und ein Abschnitt der Leitung 120 in der Rille 200a des zweiten Anschlusses 200 angeordnet. Eine Oberfläche der Basis 110 des ersten Anschlusses 100, die dem Schaltungssystem 300 zugewandt ist, dient als eine Schnittstelle, die mit dem Schaltungssystem 300 elektrisch leitfähig ist. In dieser Ausführungsform ist eine Fläche der Basis 110 des ersten Anschlusses 100 im Wesentlichen kleiner als eine Fläche der Bodenfläche der Rille 200a des zweiten Anschlusses 200. In dieser Ausführungsform liegt die Bodenfläche der Basis 110 des ersten Anschlusses 100 in einer Quadratform nahe an der Form des vorgeformten Chips 310 vor. In einigen anderen Ausführungsformen ist die Form der Basis 110 des ersten Anschlusses 100 ein Kreis oder ein Sechseck, jedoch ist die Offenbarung nicht darauf eingeschränkt. In dieser Ausführungsform enthält ein Material des ersten Anschlusses 100 Aluminium, Kupfer oder eine Legierung der vorhergehenden Metalle wie etwa eine Kupferlegierung, eine Aluminiumlegierung und so weiter.
  • Als nächstes wird ein Herstellungsprozess der Leistungsvorrichtung 10 kurz beschrieben, jedoch ist die Leistungsvorrichtung der Offenbarung nicht auf den folgenden Prozess eingeschränkt.
  • Zuerst wird ein Transistor 312 bereitgestellt, und Kontaktlöcher (nicht veranschaulicht) und eine strukturierte Schaltungsschicht 314 werden auf dem Transistor 312 gebildet. In dieser Ausführungsform können die Kontaktlöcher auf den Verbindungsstücken der Source und des Gates des Transistors 312 gebildet werden, und anschließend kann die strukturierte Schaltungsschicht 314 auf den Kontaktlöchern gebildet werden, jedoch ist die Offenbarung nicht darauf eingeschränkt. Daraufhin verkapselt die erste Verkapselung 316 den Transistor 312, die Kontaktlöcher und die strukturierte Schaltungsschicht 314 z. B. durch einen Gießformprozess. Hier ist der Prozess des Herstellens des vorgeformten Chips 310 im Allgemeinen abgeschlossen. Außerdem legt die erste Verkapselung 316 die strukturierte Schaltungsschicht 314 für die anschließenden elektrischen Verbindungen frei. In dieser Ausführungsform kann ein Material der ersten Verkapselung 316 z. B. ein Epoxidharz, ein Silikonharz, ein Biphenyl-Harz, einen ungesättigten Polyester oder ein Keramikmaterial enthalten. Ein Material der Kontaktlöcher und der strukturierten Schaltungsschicht 314 ist z. B. Kupfer oder ein anderes geeignetes Material.
  • Als nächstes werden eine Steuervorrichtung 320, ein Kondensator 330 und ein leitfähiger Abstandhalter 340 auf der strukturierten Schaltungsschicht 314 angebracht. Die Steuervorrichtung 320 ist über die strukturierte Schaltungsschicht 314 mit dem Transistor 312 elektrisch verbunden, um einen Ansteuerstrom bereitzustellen, um zu steuern, ob der Transistor 312 ein- oder ausgeschaltet ist. Der Kondensator 330 kann über die strukturierte Schaltungsschicht 314 jeweils mit der Steuervorrichtung 320 und dem Transistor 312 elektrisch verbunden sein. Der leitfähige Abstandhalter 340 ist zwischen dem vorgeformten Chip 310 und dem ersten Anschluss 100 angeordnet, um den vorgeformten Chip 310 und den ersten Anschluss 100 elektrisch zu verbinden, und der leitfähige Abstandhalter 340 weist außerdem eine Wärmeableitungswirkung auf. Als nächstes wird durch ein Verfahren wie etwa den Gießformprozess eine zweite Verkapselung 360 zwischen dem vorgeformten Chip 310 und dem ersten Anschluss 100 gebildet, um Elemente wie etwa den vorgeformten Chip 310, die Steuervorrichtung 320, den Kondensator 330 und den leitfähigen Abstandhalter 340 zu verpacken. Hier ist die Herstellung des Schaltungssystems 300 im Allgemeinen abgeschlossen. In dieser Ausführungsform legt die zweite Verkapselung 360 einen Abschnitt einer Oberfläche des leitfähigen Abstandhalters 340 für die anschließenden elektrischen Verbindungen frei. In einer weiteren Ausführungsform kann zwischen der zweiten Verkapselung 360 und dem ersten Anschluss 100 eine Schicht eines Bondmaterials 350 gebildet sein, und die zweite Verkapselung 360 legt eine Oberfläche des Bondmaterials 350 zur anschließenden elektrischen Verbindung frei. In dieser Ausführungsform kann ein Material der zweiten Verkapselung 360 z. B. ein Epoxidharz, ein Silikonharz, ein Biphenyl-Harz, einen ungesättigten Polyester oder ein Keramikmaterial enthalten. Ein Material des Bondmaterials 350 ist z. B. Blei-Zinn, Zinn-Silber oder ein Lötmittel aus gesintertem Silber, jedoch ist die Offenbarung nicht darauf eingeschränkt.
  • Anschließend wird das Schaltungssystem 300 auf dem zweiten Anschluss 200 angeordnet, derart, dass der zweite Anschluss 200 mit dem Transistor 312 im Schaltungssystem 300 elektrisch verbunden ist, das heißt, eine Elektrode des Transistors 312 wird an den zweiten Anschluss 200 gebondet, und daraufhin wird der erste Anschluss 100 auf dem Schaltungssystem 300 angeordnet. Außerdem wird der Transistor 312 im Schaltungssystem 300 über den freiliegenden Abschnitt des leitfähigen Abstandhalters 340 oder über das Bondmaterial 350 mit dem ersten Anschluss 100 elektrisch verbunden. In anderen Ausführungsformen kann wahlweise ein weiteres Bondmaterial (nicht veranschaulicht) auf einer Bodenfläche der Rille 200a des zweiten Anschlusses 200 gebildet werden und über das Bondmaterial (z. B. ein Lötmittel) mit dem zweiten Anschluss 200 und dem Transistor 312 im Schaltungssystem 300 elektrisch verbunden werden. In 1 und 2 sind das Schaltungssystem 300 und ein Abschnitt des ersten Anschlusses 100 in der Rille 200a des zweiten Anschlusses 200 angeordnet. Wie in 1 gezeigt ist, erstreckt sich die Leitung 120 des ersten Anschlusses 100 aus der Rille 200a des zweiten Anschlusses 200 zur Außenseite der Rille 200a, um mit der externen Schaltung zu verbinden. Außerdem ist die Basis 110 des ersten Anschlusses 100 mit dem Bondmaterial 350 verbunden. Eine Fläche des freiliegenden Bondmaterials 350 kann größer oder gleich einer Fläche der Basis 110 des ersten Anschlusses 100 sein, jedoch ist die Offenbarung nicht darauf eingeschränkt. In einer Ausführungsform kann die Rille 200a auf dem zweiten Anschluss 200 durch ein Verfahren wie etwa den Gießformprozess mit der dritten Verkapselung 400 gefüllt werden, derart, dass der leitfähige Abstandhalter 340, das Schaltungssystem 300 und ein Abschnitt des ersten Anschlusses 100 abgedeckt sind. In einer weiteren Ausführungsform kann die dritte Verkapselung 400 weggelassen werden, wenn der erste Anschluss 100 und das Schaltungssystem 300 auf dem zweiten Anschluss 200 fest installiert werden können. Wenn der zweite Anschluss 200 in einer weiteren Ausführungsform keine Rille aufweist, wird die dritte Verkapselung 400 auf dem zweiten Anschluss 200 angeordnet, derart, das Schaltungssystem 300 und der Abschnitt des ersten Anschlusses 100 abgedeckt sind. Hier ist der Prozess des Herstellens der Leistungsvorrichtung 10 im Allgemeinen abgeschlossen. In dieser Ausführungsform kann ein Material der dritten Verkapselung 400 z. B. ein Epoxidharz, ein Silikonharz, ein Biphenyl-Harz, einen ungesättigten Polyester oder ein Keramikmaterial enthalten. In einer Ausführungsform können ein Material der ersten Verkapselung, ein Material der zweiten Verkapselung und ein Material der dritten Verkapselung dieselben Materialien sein. In einer weiteren Ausführungsform können ein Material der ersten Verkapselung, ein Material der zweiten Verkapselung und ein Material der dritten Verkapselung unterschiedliche Materialien sein, jedoch ist die Offenbarung nicht darauf eingeschränkt.
  • Außerdem ist in 1 eine Wand der Rille 200a als eine abgestufte Form entworfen und weist einen sich nach innen erstreckenden, ununterbrochenen Ring 200b auf einer Wand in der Nähe der Oberseite der Rille 200a auf, derart, dass die dritte Verkapselung 400 an einer feststehenden Position unter Kontrolle gehalten wird und die Lebensdauer der Leistungsvorrichtung 10 dadurch verbessert wird. Jedoch ist die Offenbarung nicht darauf eingeschränkt. Die Wand der Rille 200a kann ebenso eine glatte Oberfläche sein oder in anderen entworfenen Formen vorliegen.
  • 4 ist eine schematische Querschnittsansicht einer Leistungsvorrichtung gemäß einer weiteren Ausführungsform der Offenbarung. 5 ist eine schematische Draufsicht von 4. Zur Klarheit sind einige Elemente der Leistungsvorrichtung aus 5 weggelassen.
  • Unter Bezugnahme sowohl auf 4 als auch auf 5 ist eine Leistungsvorrichtung 20 gleichartig wie die oben beschriebene Leistungsvorrichtung 10, insbesondere diejenigen, die in Absatz [0043] bis [0049] beschrieben sind, wobei der Unterschied zwischen den beiden darin besteht, dass ein leitfähiger Abstandhalter 340' und ein erster Anschluss 100' einteilig ausgebildet sind. Die Verbindungsbeziehungen und Materialien der anderen Elemente wurden in der ersten Ausführungsform im Einzelnen beschrieben und werden im Folgenden nicht wiederholt. In dieser Ausführungsform mit dem leitfähigen Abstandhalter 340' und dem ersten Anschluss 100', die einteilig ausgebildet sind, kann z. B. die zweite Verkapselung 360 in der Leistungsvorrichtung 10 weggelassen werden, und die dritte Verkapselung 400 kann genutzt werden, um den vorgeformten Chip 310, die Steuervorrichtung 320, den Kondensator 330, den leitfähigen Abstandhalter 340' und einen Abschnitt des ersten Anschlusses 100' abzudecken, um den Herstellungsprozess weiter zu vereinfachen.
  • 6 ist eine schematische Querschnittsansicht einer Leistungsvorrichtung gemäß einer nochmals weiteren Ausführungsform der Offenbarung. 7 ist eine schematische Draufsicht von 6. Zur Klarheit sind einige Elemente der Leistungsvorrichtung aus 7 weggelassen. 8A und 8B sind eine schematische Stirnansicht und eine schematische Rückansicht eines vorgeformten Chips gemäß einer nochmals weiteren Ausführungsform der Offenbarung.
  • Unter Bezugnahme auf 6 bis 8B ist eine Leistungsvorrichtung 30 gleichartig wie die oben beschriebene Leistungsvorrichtung 10, insbesondere diejenigen, die in Absatz [0043] bis [0049] beschrieben sind, wobei der Unterschied zwischen den beiden darin besteht, dass Elemente wie etwa die Steuervorrichtung 320, der Kondensator 330 und der leitfähige Abstandhalter 340 zwischen dem zweiten Anschluss 200 und einem ersten Anschluss 100" weggelassen sind. Die Verbindungsbeziehungen und Materialien der anderen Elemente wurden in der ersten Ausführungsform im Einzelnen beschrieben und werden im Folgenden nicht wiederholt.
  • In dieser Ausführungsform sind ein erster Anschluss 100" und der zweite Anschluss 200 mit einem Transistor 312" elektrisch verbunden. Zum Beispiel sind der erste Anschluss 100" und der zweite Anschluss 200 mit einer ersten Elektrode 3121" bzw. einer zweiten Elektrode 3122" des Transistors 312" elektrisch verbunden. Mit anderen Worten, eine Basis 110" des ersten Anschlusses 100" befindet sich im Wesentlichen direkt in Kontakt mit der freiliegenden ersten Elektrode 3121" oder befindet sich über das Bondmaterial 350 in Kontakt mit der freiliegenden ersten Elektrode 3121". Auf diese Weise wird dadurch die Leistungsvorrichtung 30 erhalten, die einen vereinfachten Herstellungsprozess aufweist.
  • In einer weiteren Ausführungsform kann der vorgeformte Chip 310 ferner eine strukturierte Schaltungsschicht 314 enthalten, die mit der ersten Elektrode 3121" elektrisch verbunden ist. Der erste Anschluss 100" ist über die strukturierte Schaltungsschicht 314, die aus der ersten Verkapselung 316 freiliegt, mit der ersten Elektrode 3121" elektrisch verbunden. Mit anderen Worten, eine Basis 110" des ersten Anschlusses 100" befindet sich im Wesentlichen direkt in Kontakt mit der freiliegenden strukturierten Schaltungsschicht 314 oder befindet sich über das Bondmaterial 350 in Kontakt mit der freiliegenden strukturierten Schaltungsschicht 314. Auf diese Weise wird dadurch die Leistungsvorrichtung 30 erhalten, die einen vereinfachten Herstellungsprozess aufweist.
  • In der Offenbarung können die Leistungsvorrichtung 10, die Leistungsvorrichtung 20 und die Leistungsvorrichtung 30 wie oben beschrieben auf eine Gleichrichtervorrichtung eines Fahrzeuggenerators angewendet werden, und dadurch verbessert sich der Wirkungsgrad derselben.
  • Das Obige zusammenfassend steht das Schaltungssystem in der Leistungsvorrichtung für Gleichrichter der Offenbarung über einen vorgeformten Chip direkt mit der Steuervorrichtung in Verbindung, derart, dass ein Schaltungssystem mit einer geringen parasitären Wirkung und einem niedrigen leitenden Widerstand erhalten werden kann und die VF der Leistungsvorrichtung dadurch abgesenkt werden kann. Auf diese Weise kann sie den Leistungsumsetzungsverlust deutlich verringern, und somit kann der Wirkungsgrad der Leistungsvorrichtung für Gleichrichter verbessert werden.

Claims (22)

  1. Leistungsvorrichtung (10) für Gleichrichter, die Folgendes umfasst: einen ersten Anschluss (100) und einen zweiten Anschluss (200), die jeweils zum Verbinden mit einer externen Schaltung ausgelegt sind; und ein Schaltungssystem (300), das zwischen dem ersten Anschluss (100) und dem zweiten Anschluss (200) angeordnet ist und mit dem ersten Anschluss (100) und dem zweiten Anschluss (200) elektrisch verbunden ist, wobei das Schaltungssystem (300) einen vorgeformten Chip (310) und eine Steuervorrichtung (320) umfasst, wobei der vorgeformte Chip (310) Folgendes umfasst: einen Transistor (312), der eine erste Elektrode (3121), eine zweite Elektrode (3122) und eine dritte Elektrode (3123) aufweist; und eine erste Verkapselung (316), die den Transistor (312) verkapselt, wobei die Steuervorrichtung (320) nicht durch die erste Verkapselung (316) verkapselt ist, und wobei der erste Anschluss (100) mit der ersten Elektrode (3121) elektrisch verbunden ist, der zweite Anschluss (200) mit der zweiten Elektrode (3122) elektrisch verbunden ist, und die Steuervorrichtung (320) mit der dritten Elektrode (3123) des Transistors (312) elektrisch verbunden ist.
  2. Leistungsvorrichtung für Gleichrichter nach Anspruch 1, wobei der vorgeformte Chip (310) ferner eine strukturierte Schaltungsschicht (314) umfasst, die strukturierte Schaltungsschicht (314) mit der ersten Elektrode (3121) und/oder der zweiten Elektrode (3122) und/oder der dritten Elektrode (3123) des Transistors (312) elektrisch verbunden ist und die erste Verkapselung (316) die strukturierte Schaltungsschicht (314) verkapselt und einen Abschnitt der strukturierten Schaltungsschicht (314) freilegt.
  3. Leistungsvorrichtung für Gleichrichter nach Anspruch 2, wobei die strukturierte Schaltungsschicht (314) mit der ersten Elektrode (3121) und der dritten Elektrode (3123) elektrisch verbunden ist und der erste Anschluss (100) und die Steuervorrichtung (320) über den freiliegenden Abschnitt der strukturierten Schaltungsschicht (314) mit der ersten Elektrode (3121) bzw. der dritten Elektrode (3123) elektrisch verbunden sind.
  4. Leistungsvorrichtung für Gleichrichter nach Anspruch 2 oder 3, wobei die zweite Elektrode (3122) aus dem vorgeformten Chip (310) freiliegt, der durch die erste Verkapselung (316) verkapselt ist, und der zweite Anschluss (200) mit der freiliegenden zweiten Elektrode (3122) elektrisch verbunden ist.
  5. Leistungsvorrichtung für Gleichrichter nach Anspruch 1, wobei ein Material des ersten Anschlusses (100) und ein Material des zweiten Anschlusses (200) jeweils Aluminium, Kupfer oder eine Legierung davon umfassen.
  6. Leistungsvorrichtung für Gleichrichter nach Anspruch 1, wobei der Transistor (312) einen Feldeffekttransistor enthält, der durch Spannung oder Strom gesteuert wird.
  7. Leistungsvorrichtung für Gleichrichter nach Anspruch 1, wobei der Transistor (312) einen Metalloxidhalbleiter-Feldeffekttransistor, einen bipolaren Transistor mit isoliertem Gate oder einen Galliumnitrid-Transistor enthält.
  8. Leistungsvorrichtung für Gleichrichter nach Anspruch 1, wobei ein Material der ersten Verkapselung (316) ein Epoxidharz, ein Silikonharz, ein Biphenyl-Harz, einen ungesättigten Polyester oder ein Keramikmaterial umfasst.
  9. Leistungsvorrichtung für Gleichrichter nach Anspruch 1, wobei der erste Anschluss (100) eine Basis (110) und eine Leitung (120) umfasst und eine Form einer Bodenfläche der Basis (110) ein Kreis, ein Quadrat oder ein Sechseck ist und eine Form des zweiten Anschlusses (200) ein Kreis, ein Quadrat oder ein Sechseck ist.
  10. Leistungsvorrichtung für Gleichrichter nach Anspruch 1, die ferner einen leitfähigen Abstandhalter (340) umfasst, der zwischen dem vorgeformten Chip (310) und dem ersten Anschluss (100) angeordnet ist und den vorgeformten Chip (310) und den ersten Anschluss (100) elektrisch verbindet.
  11. Leistungsvorrichtung für Gleichrichter nach Anspruch 10, wobei der leitfähige Abstandhalter (340') und der erste Anschluss (100') einteilig ausgebildet sind.
  12. Leistungsvorrichtung für Gleichrichter nach Anspruch 11, die ferner eine zweite Verkapselung (400) umfasst, die auf dem zweiten Anschluss (200) angeordnet ist und den leitfähigen Abstandhalter (340'), das Schaltungssystem (300) und einen Abschnitt des ersten Anschlusses (100') abdeckt.
  13. Leistungsvorrichtung für Gleichrichter nach Anspruch 10, die ferner eine zweite Verkapselung (360) umfasst, die zwischen dem vorgeformten Chip (310) und dem ersten Anschluss (100) angeordnet ist, wobei sie die Steuervorrichtung (320) und den leitfähigen Abstandhalter (340) verkapselt und einen Abschnitt des leitfähigen Abstandhalters (340) freilegt.
  14. Leistungsvorrichtung für Gleichrichter nach Anspruch 13, die ferner ein Bondmaterial (350) umfasst, das zwischen der zweiten Verkapselung (360) und dem ersten Anschluss (100) angeordnet ist.
  15. Leistungsvorrichtung für Gleichrichter nach Anspruch 13, die ferner eine dritte Verkapselung (400) umfasst, die auf dem zweiten Anschluss (200) angeordnet ist und den leitfähigen Abstandhalter (360), das Schaltungssystem (300) und einen Abschnitt des ersten Anschlusses (100) abdeckt.
  16. Leistungsvorrichtung für Gleichrichter nach Anspruch 15, wobei ein Material der zweiten Verkapselung (360) und ein Material der dritten Verkapselung (400) ein Epoxidharz, ein Silikonharz, einen ungesättigten Polyester oder ein Keramikmaterial umfassen.
  17. Leistungsvorrichtung (30) für Gleichrichter, die Folgendes umfasst: einen ersten Anschluss (100'') und einen zweiten Anschluss (200), die jeweils zum Verbinden mit einer externen Schaltung ausgelegt sind; und einen vorgeformten Chip (310), der zwischen dem ersten Anschluss (100'') und dem zweiten Anschluss (200) angeordnet ist, wobei der vorgeformte Chip (310) Folgendes umfasst: einen Transistor (312''), der eine erste Elektrode (3121'') und eine zweite Elektrode (3122'') aufweist; und eine erste Verkapselung (316), die den Transistor (312'') verkapselt, wobei eine Basis (110'') des ersten Anschlusses (100'') nicht durch die erste Verkapselung (316) verkapselt ist, und wobei der erste Anschluss (100'') mit der ersten Elektrode (3121'') elektrisch verbunden ist und der zweite Anschluss (200) mit der zweiten Elektrode (3122'') des Transistors (312'') elektrisch verbunden ist.
  18. Leistungsvorrichtung für Gleichrichter nach Anspruch 17, wobei der vorgeformte Chip (310) ferner eine strukturierte Schaltungsschicht (314) umfasst, die mit der ersten Elektrode (3121") elektrisch verbunden ist, die erste Verkapselung (316) die strukturierte Schaltungsschicht (314) verkapselt und einen Abschnitt der strukturierten Schaltungsschicht (314) freilegt und der erste Anschluss (100") über einen freiliegenden Abschnitt der strukturierten Schaltungsschicht (314) mit der ersten Elektrode (3121") elektrisch verbunden ist.
  19. Leistungsvorrichtung für Gleichrichter nach Anspruch 17 oder 18, wobei die zweite Elektrode (3122") aus dem vorgeformten Chip (310) freiliegt, der durch die erste Verkapselung (316) verkapselt ist und der zweite Anschluss (200) mit der freiliegenden zweiten Elektrode (3122") elektrisch verbunden ist.
  20. Leistungsvorrichtung für Gleichrichter nach Anspruch 17, wobei ein Material des ersten Anschlusses (100") und ein Material des zweiten Anschlusses (200) Aluminium, Kupfer oder eine Legierung davon umfassen.
  21. Leistungsvorrichtung für Gleichrichter nach Anspruch 17, wobei ein Material der ersten Verkapselung (316) ein Epoxidharz, ein Silikonharz, ein Biphenyl-Harz, einen ungesättigten Polyester oder ein Keramikmaterial umfasst.
  22. Gleichrichtervorrichtung eines Fahrzeuggenerators, die Folgendes umfasst: die Leistungsvorrichtung für Gleichrichter nach einem der Ansprüche 1-21.
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