DE10103144A1

DE10103144A1 - Halbbrückenschaltung

Info

Publication number: DE10103144A1
Application number: DE10103144A
Authority: DE
Inventors: Martin Feldtkeller; Andreas Kiep
Original assignee: Infineon Technologies AG
Current assignee: Infineon Technologies AG
Priority date: 2001-01-24
Filing date: 2001-01-24
Publication date: 2002-08-01
Also published as: US6822399B2; US20020096779A1

Abstract

Die Erfindung betrifft eine Halbbrückenschaltung, die folgende Merkmale aufweist: DOLLAR A - einen n-leitenden ersten MOS-Transistor (N) in vertikaler Bauweise, der in einem ersten Halbleiterkörper mit einer Vorderseite und einer Rückseite (HL1) integriert ist, DOLLAR A - einen p-leitenden zweiten MOS-Transistor (P) in vertikaler Bauweise, der in einem zweiten Halbleiterkörper mit einer Vorderseite und einer Rückseite integriert ist und der in Reihe zu dem ersten Transistor (N) geschaltet ist, wobei die Reihenschaltung mit dem ersten und zweiten Transistor zwischen einer ersten und zweiten Anschlussklemme (K1, K2) verschaltet ist, DOLLAR A - eine Ansteuerschaltung (10) zur Ansteuerung des ersten und zweiten Transistors, DOLLAR A - der erste und zweite Transistor (P, N) sind auf eine gemeinsame Anschlussplatte (20) aufgebracht.

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft eine Halbbrückenschaltung mit einem ersten und zweiten Transistor, die in Reihe ge schaltet sind, und mit einer Ansteuerschaltung zur Ansteue rung der Transistoren. Die Erfindung betrifft insbesondere eine Halbbrückenschaltung zur Verwendung in einem Schaltreg ler.

In dem Handbuch "1999/2000 Industrial Power Seminar", Seiten 6-3 und 6-7, der Firma Intersil Corporation, Irvine, CA USA 92618 ist ein Schaltregler mit einer Halbbrücke gemäß der Darstellung in Fig. 1 beschrieben. Die Halbbrückenschaltung weist zwei n-Kanal-MOSFT M1, M2 auf, deren Drain-Source- Strecken zu einer Reihenschaltung verschaltet sind, wobei diese Reihenschaltung an eine Versorgungsspannung U1 ange schlossen sind. Zur Ansteuerung der MOSFET M1, M2 ist eine Ansteuerschaltung 100 vorgesehen, die an die Gate-Anschlüsse der MOSFET M1, M2 und zur Spannungsversorgung an die Versor gungsspannung angeschlossen ist. Um in der Ansteuerschaltung 100 das erforderliche Ansteuerpotential für den ersten MOSFET M1, der als High-Side-Schalter funktioniert, zur Verfügung stellen zu können, ist eine Bootstrap-Schaltung mit einem Kondensator C2 und einer Diode vorgesehen, die ebenfalls an die Ansteuerschaltung angeschlossen ist. Das für den ersten MOSFET M1 erforderliche Ansteuerpotential ist höher als die Versorgungsspannung U1.

Die bekannte Halbbrückenschaltung nach Fig. 1 ist Bestand teil eines Schaltreglers, in dem dargestellten Beispiel eines sogenannten Buck-Converters, der aus der Versorgungsspannung U1 eine kleinere Ausgangsspannung U2 zur Verfügung stellt. Parallel zu dem als Low-Side-Schalter funktionierenden zwei ten MOSFET M2 ist dabei eine Reihenschaltung aus einer Spule L1 und einer Kapazität C1 geschaltet, wobei die Ausgangsspan nung U2 über der Kapazität C1 abgreifbar ist.

Derartige Schaltregler finden insbesondere in Computern zur Spannungsversorgung der CPU Verwendung. Die Eingangsspannung beträgt dabei üblicherweise 5 V, die Ausgangsspannung zwischen 1,3 V und 2 V. Eine übliche Taktfrequenz, mit der die beiden MOSFET geschaltet werden beträgt etwa 200 kHz. Die Ansteuerung der beiden MOSFET M1, M2 erfolgt dabei abhängig von der Aus gangsspannung U2 derart, dass die Ausgangsspannung unabhängig von der Last und von Schwankungen der Eingangsspannung we nigstens annäherungsweise konstant ist.

Für zukünftige Anwendungen in Computern sollen die Schaltreg ler in der Lage, einen Lastwechsel am Ausgang des Schaltreg lers innerhalb einer Zeitdauer von weniger als 100 ns auszure geln. Dazu sind Taktfrequenzen für die Schalter von 2 MHz, und mehr, erforderlich.

Dabei sollten die Leitungsverbindungen zwischen den Komponen ten und der Halbbrücke möglichst kurz sein. Des weiteren sollten die beiden Transistoren möglichst in einem Gehäuse untergebracht werden, um Platz zu sparen.

Das Unterbringen der beiden Transistoren und möglicherweise auch der Ansteuerschaltung ist bei der bekannten Halbbrücken schaltung nur mit einem vergleichsweise hohen Aufwand erfor derlich. Als Leistungstransistoren in Schaltreglern werden üblicherweise Transistoren in vertikaler Bauweise eingesetzt. Solche Transistoren werden üblicherweise mit ihrer Rückseite, die den Drain-Anschluss des Transistors bildet auf eine Lei terplatte aufgebracht. Bei der bekannten Schaltungsanordnung nach Fig. 1 sind unterschiedliche Potentiale an den Drain- Anschlüssen der Transistoren erforderlich, so dass eine Lei terplatte, auf der die beiden Transistoren gemeinsam aufge bracht werden sollen wenigstens zwei Inseln mit unterschied lichen Potentialen aufweisen muss. Soll zudem die Ansteuerschaltung auf derselben Leiterplatte untergebracht werden, müssen wenigstens drei solcher Potentialinseln vorgesehen werden.

Ziel der vorliegenden Erfindung ist es, eine Halbbrücken schaltung, insbesondere eine Halbbrückenschaltung für Schalt regler zur Verfügung zu stellen, die platzsparend realisier bar ist und die bei vergleichsweise hohen Schaltfrequenzen einsetzbar ist.

Dieses Ziel wird durch eine Halbbrückenschaltung nach den Merkmalen des Anspruchs 1 gelöst.

Vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind Gegenstand der Unteransprüche.

Die erfindungsgemäße Halbbrückenschaltung weist einen n- leitenden ersten Transistor in vertikaler Bauweise, der in einem ersten Halbleiterkörper integriert ist, einen p- leitenden zweiten Transistor in vertikaler Bauweise, der in einem zweiten Halbleiterkörper integriert ist, und der in Reihe zu dem ersten Transistor geschaltet ist, und eine An steuerschaltung zur Ansteuerung des ersten und zweiten Tran sistors auf. Die Reihenschaltung mit dem ersten und zweiten Transistor ist dabei zwischen einer ersten und zweiten An schlussklemme verschaltet und der erste und zweite Transistor sind erfindungsgemäß auf eine gemeinsame Anschlussplatte auf gebracht.

Die Erfindung macht sich zu Nutze, dass bei einer Halbbrü ckenschaltung mit einem p-leitenden Transistor und einem n- leitenden Transistor, von denen nur jeweils einer leitend an gesteuert werden soll, die Drain-Anschlüsse der beiden Tran sistoren miteinander verbunden sind und somit auf einem ge meinsamen Potential liegen. Die beiden Halbleiterkörper, in denen die beiden Transistoren integriert sind, können somit an ihren Rückseiten, an denen der jeweilige Drainanschluss zugänglich ist, auf eine gemeinsame, elektrisch leitende An schlussplatte aufgebracht werden. Diese Anschlussplatte ist insbesondere ein Leadframe eines Gehäuses für integrierte Schaltungen. An den jeweiligen Vorderseiten der Halbleiter körper stehen die Source-Anschlüsse und die Gate-Anschlüsse der Transistoren zur weiteren Verschaltung zur Verfügung.

Bei der erfindungsgemäßen Halbbrückenschaltung sind der erste p-leitende Transistor und der zweite n-leitende Transistor in Reihe zwischen einer ersten Klemme für ein erstes Versor gungspotential und einer zweiten Klemme für ein zweites Ver sorgungspotential verschaltet. Die miteinander verbundenen Drain-Anschlüsse der beiden Transistoren bilden dabei den Ausgang der Halbbrückenschaltung. Bei einer üblichen Ver schaltung der erfindungsgemäßen Halbbrückenschaltung liegt an der ersten Anschlussklemme ein positives Versorgungspotential und an der zweiten Anschlussklemme ein negatives Versorgungs potential, bzw. Masse, an. Der p-Kanal-Transistor funktio niert dann als High-Side-Schalter und der n-Kanal-Transistor funktioniert als Low-Side-Schalter. Die Verwendung eines p- Kanal-Transistors als High-Side-Schalter bei der erfindungs gemäßen Schaltungsanordnung bietet den Vorteil, daß keine Bootstrap-Schaltung zur Bereitstellung eines erhöhten Ansteu erpotentials für den High-Side-Schalter erforderlich ist.

Der Einschaltwiderstand eines p-Kanal-Transistors ist größer als der eines n-Kanal-Transistors gleichen Kanalquerschnitts. Bei der vorliegenden Erfindung stellt die Verwendung eines p- Kanal-Transistors im Hinblick auf zukünftig zu erwartende An wendungen keinen Nachteil dar. Bei zukünftigen Schaltreglern wird erwartet, daß sich das Verhältnis von Eingangsspannung zu Ausgangsspannung noch erhöhen wird. Bei derzeitigen Schaltreglern mit einer Eingangsspannung von 5 V und einer Ausgangsspannung von etwa 1,2 V beträgt dieses Verhältnis etwa 4,17. Bei Schaltreglern für zukünftige Anwendungen, insbeson dere bei Schaltreglern zur Spannungsversorgung einer CPU in einem Computer ist ein Verhältnis von Eingangsspannung zu Ausgangsspannung von 10 und mehr zu erwarten. Bei sogenannten Buck-Convertern, die aus einer Eingangsspannung eine kleinere Ausgangsspannung zur Verfügung stellen, verhält sich die Zeitdauer, während der ein Strom über den High-Side-Schalter fließt, zu der Dauer einer Taktperiode wie die Ausgangsspan nung zu der Eingangsspannung. Bei einem Verhältnis von Ein gangsspannung zu Ausgangsspannung von 10 ist der p-Kanal- Transistor als High-Side-Schalter nur noch etwa 10% der Zeit von Strom durchflossen, während über 90% der Zeit ein Strom über den Low-Side-Schalter fließt. Um die auftretende Ver lustwärme besser nach Außen abführen zu können, ist es dabei erwünscht, daß sich die Verlustleistung gleichmäßig auf die beiden Transistoren verteilt. Da der Low-Side-Schalter neun mal so lange wie der High-Side-Schalter leitet, darf der Wi derstand des Low-Side-Schalters nur 1/9 des Widerstandes des High-Side-Schalters betragen, wenn an beiden Transistoren die gleiche Verlustleistung anfällt. Mit anderen Worten: der Wi derstand des High-Side-Schalters darf neunmal so groß wie der Widerstand des Low-Side-Schalters sein. Die Kosten und der Platzbedarf eines als High-Side-Schalter eingesetzten p- Kanal-Transistors, dessen Einschaltwiderstand neunmal so groß wie der Einschaltwiderstand des zugehörigen als Low-Side- Schalter verwendeten n-Kanal-Transistors, sind eher geringer als die des Low-Side-Schalters.

Durch den Verzicht auf die Bootstrap-Schaltung ist die erfin dungsgemäße Halbbrückenschaltung zudem platzsparend und kos tengünstig realisierbar. Dies gilt um so mehr, als der Kon densator der Bootstrap-Schaltung üblicherweise als externes Bauelement ausgeführt ist, was sich bei herkömmlichen Halb brückenschaltungen besonders auf die Kosten niederschlägt.

Gemäß einer Ausführungsform der Erfindung ist vorgesehen, daß ein Kondensator zwischen den Source-Anschluss des ersten Transistors und den Source-Anschluss des zweiten Transistors, also parallel zu den Versorgungsklemmen geschaltet ist. Die ser Kondensator dient zur Überbrückung von Schaltspitzen, die bei der getakteten Ansteuerung der beiden Transistoren auf treten können. Bei hohen Schaltfrequenzen kann der Kapazi tätswert dieses Kondensators vergleichsweise klein sein. Bei einer Ausführungsform der Erfindung ist daher vorgesehen, daß dieser Kondensator mit einem ersten Anschluss direkt auf den Source-Anschluss an der Vorderseite des ersten Halbleiterkör per des ersten Transistors und mit einem anderen Anschluss direkt an den Source-Anschluss an der Vorderseite des Halb leiterkörper des zweiten Transistors aufgebracht ist. Die Verbindung zwischen dem Kondensator und den Source- Anschlüssen erfolgt vorzugsweise durch Bonddrähte oder direk tes Auflöten oder Aufkleben der Kondensatoranschlüsse auf die Source-Anschlüsse. Der Kondensator ist insbesondere ein Kera mikkondensator, der eine langgestreckte Form aufweist und an dessen Enden jeweils ein Anschluss frei liegt und der im üb rigen von einer isolierenden Keramikschicht bedeckt ist.

Gemäß einer weiteren Ausführungsform der Erfindung ist vorge sehen, daß die Ansteuerschaltung in einem dritten Halbleiter körper integriert ist, der direkt auf den Source-Anschluss an der Vorderseite des Halbleiterkörpers des n-leitenden zweiten Transistors aufgebracht ist.

Die beiden Transistoren, die Ansteuerschaltung und gegebenen falls der Kondensator der Halbbrückenschaltung können auf diese Weise platzsparend in einem Gehäuse untergebracht wer den.

Die vorliegende Erfindung wird nachfolgend in Ausführungsbei spielen anhand von Figuren näher erläutert. In den Figuren zeigt:

Fig. 2 ein elektrisches Ersatzschaltbild einer erfin dungsgemäßen Halbbrückenschaltung;

Fig. 3 Draufsicht (Fig. 3a) und seitliche Schnittdar stellung (Fig. 3b) einer erfindungsgemäßen Halbbrückenschaltung mit einem ersten und einem zweiten Transistor auf einer gemeinsamen An schlussplatte;

Fig. 4 Draufsicht (Fig. 4a) und seitliche Schnittdar stellung (Fig. 4b) einer erfindungsgemäßen Halbbrückenschaltung mit einer auf den Halblei terkörper des ersten Transistors aufgebrachten Ansteuerschaltung;

Fig. 5 elektrisches Ersatzschaltbild einer erfindungs gemäßen Halbbrückenschaltung gemäß einer weite ren Ausführungsform der Erfindung;

Fig. 6 Draufsicht (Fig. 6a) und seitliche Schnittdar stellung (Fig. 6b) der Halbbrückenschaltung nach Fig. 5, die auf eine gemeinsame Anschluss platte aufgebracht ist.

In den Figuren bezeichnen, sofern nicht anders angegeben, gleiche Bezugszeichen gleiche Teile mit gleicher Bedeutung.

Fig. 2 zeigt das elektrische Schaltbild einer erfindungsge mäßen Halbbrückenschaltung. Die Schaltungsanordnung weist ei nen p-Kanal-Transistor P und einen n-Kanal-Transistor N auf, die jeweils als vertikale Leistungs-MOSFET ausgebildet sind. Die Transistoren P, N sind in Reihe zwischen einer ersten Klemme K1 und einer zweiten Klemme K2 verschaltet, zwischen denen eine Eingangsspannung Uin anlegbar ist. Ein Source- Anschluss SP des p-Kanal-Transistors P ist dabei an die erste Klemme K1 und ein Source-Anschluss SN des n-Kanal-Transistors ist N an die zweite Klemme K2 angeschlossen. Die miteinander verbundenen Drain-Anschlüsse DP, DN der beiden Transistoren P, N bilden einen Ausgang OUT der Halbbrückenschaltung.

Zur Ansteuerung der beiden Transistoren P, N ist eine Ansteu erschaltung 10 vorgesehen, die Versorgungsanschlüsse 102, 103 aufweist, wobei der Versorgungsanschluss 102 an die erste Klemme K1 und der Versorgungsanschluss 103 an die zweite Klemme K2 angeschlossen ist. Ein Gate-Anschluß GP des p- Kanal-Transistors P ist an einen ersten Ausgang 104 der An steuerschaltung 10 angeschlossen, und ein Gate-Anschluß GN des n-Kanal-Transistors N ist an einen zweiten Ausgang 105 der Ansteuerschaltung 10 angeschlossen. Die Ansteuerung der beiden Transistoren P, N über die Ausgängen 104, 105 der An steuerschaltung 10 erfolgt nach Maßgabe eines an einem Ein gang 101 der Ansteuerschaltung 10 anliegenden Ansteuersignals Sin. Die Ansteuerung der beiden Transistoren P, N erfolgt da bei derart, daß nur jeweils einer der beiden Transistoren leitet, so daß die beiden Anschlussklemmen K1, K2 nie kurzge schlossen sind.

Zum besseren Verständnis der Funktionsweise und der Einsatz möglichkeit einer solchen Halbbrückenschaltung ist in Fig. 2 mit strichpunktierten Linien eine mögliche Verschaltung der Halbbrückenschaltung in einem Schaltregler eingezeichnet. Während des Betriebs des Schaltreglers wird dabei eine Ein gangsspannung Uin an die Anschlussklemmen K1, K2 angelegt, die in eine an Ausgangsklemmen AK1, AK2 anliegende Ausgangs spannung Uout umgesetzt wird. Dazu ist eine Reihenschaltung einer Spule L und eines Kondensators Cout parallel zu der Drain-Source-Strecke DN-SN des n-Kanal-Transistors N ge schaltet, wobei die Ausgangsspannung Uout über dem Kondensa tor Cout abgreifbar ist. Das Verhältnis von Eingangsspannung Uin zu Ausgangsspannung Uout ist abhängig von den Zeitdauern, während derer der p-Kanal-Transistor P und der n-Kanal- Transistor N abwechselnd eingeschaltet sind. Leitet der p- Kanal-Transistor P, so liegt die Reihenschaltung aus Spule L und Kapazität Cout an der Eingangsspannung Uin an, sperrt der p-Kanal-Transistor P und leitet der n-Kanal-Transistor N, so schließt der n-Kanal-Transistor N den Stromkreis zwischen der Induktivität L und der Kapazität Cout, wobei die Induktivität L die zuvor gespeicherte Energie an die Kapazität Cout ab gibt.

Um den n-Kanal-Transistor N leitend anzusteuern, ist an dem Gate GN ein Potential erforderlich, welches größer ist als das Potential an dem Source-Anschluss SN. Der Gate-Anschluß GN wird dazu vorzugsweise an die erste Anschlussklemme K1 an geschlossen. Um den n-Kanal-Transistor N zu sperren, wird der Gate-Anschluß GN durch die Ansteuerschaltung 10 vorzugsweise an die zweite Versorgungsklemme K2 angeschlossen. Um den p- Kanal-Transistor P leitend anzusteuern, wird der Gate- Anschluß GP vorzugsweise über den Ausgang 104 der Ansteuer schaltung 10 an die zweite Versorgungsklemme K2 angeschlos sen, und um den p-Kanal-Transistor P zu sperren, wird dessen Gate-Anschluß GP vorzugsweise über den Ausgang 104 der An steuerschaltung 10 an die erste Versorgungsklemme K1 ange schlossen. Zur Ansteuerung des p-Kanal-Transistors P ist kei ne Bootstrap-Schaltung erforderlich.

Die beiden Transistoren P, N sind als vertikale Leistungs- MOSFETs ausgebildet, wobei jeder der beiden Transistoren in einem Halbleiterkörper CH1, CH2 mit einer Vorderseite und ei ner Rückseite integriert ist. Die Drain-Anschlüsse DP, DN der beiden Transistoren P, N stehen an den Rückseiten der Halb leiterkörper CH1, Ch2 zur Verfügung. Die Ansteuerschaltung 10 ist vorzugsweise in einem dritten Halbleiterkörper mit einer Vorderseite und einer Rückseite integriert, wobei die Rück seite dieses Halbleiterkörpers den Anschluss 103 der Ansteu erschaltung bildet.

Fig. 3 zeigt ein Ausführungsbeispiel der erfindungsgemäßen Halbbrückenschaltung, bei welcher die beiden in jeweils einem Halbleiterkörper CH1, CH2 integrierten Transistoren P, N auf einer gemeinsamen Anschlussplatte 20 angeordnet sind. Fig. 3a zeigt die Anordnung in Draufsicht, Fig. 3b in seitlicher Schnittdarstellung entlang der in Fig. 3a eingezeichneten Schnittlinie A-A'.

Der n-Kanal-Transistor N und der p-Kanal-Transistor P sind jeweils in einem Halbleiterkörper beziehungsweise einen Chip CH1, CH2 integriert, die jeweils im wesentlichen quaderförmig ausgebildet sind. Ein Rückseite CH1R des Halbleiterkörpers CH1 des n-Kanal-Transistors N bildet dabei den Drain- Anschluss DN dieses Transistors N und eine Rückseite CH2R des Halbleiterkörpers CH2 des p-Kanal-Transistors P bildet dabei den Drain-Anschluss DP dieses Transistors. Die beiden Tran sistoren N, P, bzw. die Halbleiterkörper CH1, CH2 sind mit tels ihrer Rückseiten CH1R, CH2R nebeneinander auf die An schlussplatte 20 aufgebracht und elektrisch leitend mit die ser verbunden. Verbindungsschichten 42, 44 zwischen den Halb leiterkörpern CH1, CH2 und der Anschlussplatte 20 bestehen beispielsweise aus einem elektrisch leitenden Lötmaterial o der einem elektrisch leitenden Klebstoff. Die Drain- Anschlüsse DN, DP sind auf diese Weise über die Verbindungs schichten 42, 44 und über die Anschlussplatte 20 elektrisch leitend miteinander verbunden.

An der Vorderseite CH1V des Halbleiterkörpers CH1 stehen der Source-Anschluss SN und der Gate-Anschluß GN des n-Kanal- Transistors N zur Verfügung. Entsprechend stehen an der Vor derseite CH2V des Halbleiterkörpers CH2 der Source-Anschluss SP und der Gate-Anschluss GP des p-Kanal-Transistors P zur Verfügung. Die Source-Anschlüsse SN, SP nehmen dabei jeweils einen Großteil der Flächen der Vorderseiten CH1V, CH2V ein. Die Gate-Anschlüsse GN, GP befinden sich in dem dargestellten Beispiel jeweils in einer Ecke der im wesentlichen quadrati schen Vorderseiten CH1V, CH2V und sind mittels Isolations schichten OX1, OX2 gegenüber den die Gate-Anschlüsse GN, GP umgebenden Source-Anschlüsse SN, SP elektrisch isoliert. Die Gate-Anschlüsse GN, GP können sich an nahezu beliebigen ande ren Positionen an den Vorderseiten CH1V, CH2V der Halbleiter körper CH1, CH2 befinden. So können die Gate-Anschlüsse GP, GN insbesondere am Rand der jeweiligen Vorderseite CHV1, CHV2 in der Mitte zwischen zwei Ecken angeordnet sein, wie gestrichelt für den Halbleiterkörper CH1 in Fig. 3a dargestellt ist.

Die Anschlussplatte 20 mit den darauf angeordneten Transisto ren N, P ist vorzugsweise von einer Kunststoffschicht 50 um geben, um die Transistoren vor mechanischen Beeinflussungen zu schützen. Diese Kunststoffschicht bildet ein Gehäuse 50, welches in den Fig. 3a, 3b gestrichelt dargestellt ist. Die Anschlussplatte 20 weist einen Anschlussstift 203 auf, der aus diesem Gehäuse 50 herausragt, um die Anschlussplatte 20 und damit die Drain-Anschlüsse DN, DP der beiden Transis toren P, N von außen kontaktieren zu können. An dem Gehäuse sind weitere elektrisch leitende Anschlussstifte 201, 202, 204, 205 vorgesehen, die aus dem Gehäuse herausragen. Der An schlussstift 201 dient zum Kontaktieren des Source- Anschlusses SN des ersten Transistors N und ist daher mittels eines Bonddrahtes B1 an den Source-Anschluss SN an der Vor derseite CH1V des Chips CH1 angeschlossen. Der Anschlussstift 202 dient zum Kontaktieren des Gates GN des n-Kanal- Transistors N. Das Gate GN an der Vorderseite CH1V des Chips CH1 ist deshalb mittels eines Bonddrahtes B2 an den An schlussstift 202 angeschlossen. In entsprechender Weise ist das Gate GP an der Vorderseite CH2V des Chips CH2 mittels ei nes Bonddrahtes B3 an den Anschlussstift 204 und der Source- Anschluss SP mittels eines Bonddrahtes B4 an den Anschluss stift 205 angeschlossen. Der Anschlussstift 201 der in Fig. 3a dargestellten Anordnung bildet die Anschlussklemme K2 Schaltung nach Fig. 2, der Anschlussstift 205 bildet die An schlussklemme K1, der Anschlussstift 202 bildet die An schlussklemme zum Anschließen des zweiten Ausgangs 105 der in Fig. 3a nicht näher dargestellten Ansteuerschaltung 10, der Anschlussstift 204 bildet die Anschlussklemme für den ersten Ausgang 104 der Ansteuerschaltung und der Anschlussstift 203 der gemeinsamen Anschlussplatte 20 bildet den Ausgang OUT der Halbbrückenschaltung.

Fig. 4 zeigt ein weiteres Ausführungsbeispiel der erfin dungsgemäßen Halbbrückenschaltung, bei welcher die Ansteuer schaltung 10 in einem Halbleiterkörper CH3 bzw. einem Chip CH3 integriert ist, der direkt auf die Vorderseite CH1V des Halbleiterkörpers CH1 aufgebracht ist. An einer Vorderseite CH3V der Ansteuerschaltung 10 liegen der Eingangsanschluss 101 zum Zuführen des Eingangssignals Sin, der Anschluss 102 zum Anschließen an die Klemme K1, der Anschluss 103 zum An schließen an die Klemme 103 und die Ausgänge 104, 105 der An steuerschaltung 10.

Die Anordnung gemäß Fig. 4 ist bei dem dargestellten Ausfüh rungsbeispiel ebenfalls teilweise von einer Kunststoffschicht umgeben, aus welcher fünf Anschlussbeine 201, 202, 203, 204, 205 herausragen, wobei eines der Anschlussbeine 203 Teil der Anschlussplatte 20 ist und den Ausgang OUT der Halbbrücken schaltung bildet.

Die Belegung der Anschlussbeine gemäß Fig. 4a unterscheidet sich von der in Fig. 3a, weil die Ansteuerschaltung 10 in dem Gehäuse 50 untergebracht ist und nicht über die An schlussbeine an die Transistoren N, P angeschlossen werden muss. So sind bei dem Ausführungsbeispiel gemäß Fig. 4a die Anschlussbeine 201, 202 zum Anschließen an die zweite Klemme vorgesehen bzw. bilden die zweite Versorgungsklemme K2. Der Source-Anschluss SN1 des ersten Transistors N wird dazu mit tels zweier Bonddrähte B1, B2 mit den Anschlussbeinen 201, 202 verbunden. Das Anschließen mittels zweier Bonddrähte B1, B2 bietet den Vorteil, daß das Source SN des Transistors N niederohmig an die Klemme K2, bzw. das dort zur Verfügung stehende Versorgungspotential, üblicherweise Masse ange schlossen ist. Das Source SP an der Vorderseite CH2V des Halbleiterkörpers CH2 ist mittels eines Bonddrahtes B3 an das Anschlussbein 205 angeschlossen, das die erste Klemme K1 bil det. Des weiteren ist der Eingangsanschluss 101 der Ansteuer schaltung 10 mittels eines Bonddrahtes B5 an das Anschluss bein 204 angeschlossen, welches den Eingangsanschluss 101 der Ansteuerschaltung zur Zuführung des Eingangssignals Sin bil det.

Innerhalb des Gehäuses sind der Anschluss 102 der Ansteuer schaltung 10 mittels eines Bonddrahtes B6 an das Source SP des p-Kanal-Transistors P und über das Source SP und über den Bonddraht B3 an die Klemme K1 angeschlossen. Der erste Aus gang 104 der Ansteuerschaltung 10 ist mittels eines Bonddrah tes B7 an das Gate GP an dem Chip CH2, und der Ausgang 105 ist mittels eines Bonddrahtes B8 mit dem Gate GN an dem Chip CH1 des n-Kanal-Transistors N angeschlossen. Der Anschluss 103 ist mittels eines Bonddrahtes B9 an das Source SN und so mit über die Bonddrähte B1, B2 an die Anschlussbeine 201, 202 angeschlossen, die die zweite Klemme K2 bilden.

Der Halbleiterkörper 103 ist, wie insbesondere der Fig. 4b zu entnehmen ist, mit seiner Rückseite CH3R auf die Vorder seite CH1V des ersten Halbleiterkörpers CH1 aufgebracht.

Auf die Vorderseiten der CHV1, CHV2 der Halbleiterkörper CH1, CH2 sind üblicherweise Schutzschichten aus einem Imid aufge bracht, die von den Bonddrähten B1, B2, B3, B9 zur Herstel lung elektrischer Kontakte durchdrungen sind. Die auf die Vorderseite CHV1 aufgebrachte Schutzschicht verhindert, dass ein elektrischer Kontakt zwischen dem Source SN an der Vor derseite CHV1 des ersten Halbleiterkörpers CH1 und der Rück seite CH3R des Halbleiterkörpers CH3 besteht. Aufgabe der Schutzschicht ist es, die Halbleiterkörper CH1, CH2 vor einer Beschädigung, insbesondere beim Aufsetzen des Halbleiterkör pers CH3 auf den Halbleiterkörper CH1 zu schützen.

Bei einer in Fig. 4c dargestellten Ausführungsform ist auf eine solche Schutzschicht an der Vorderseite CH1V des Halb leiterkörpers CH1 verzichtet und die Rückseite CH3R des Halb leiterkörpers CH3 bildet den Anschluss 103 der Ansteuerschal tung 10 zum Anschließen an die Klemme K2. Der Halbleiterkör per CH3 ist an seiner Rückseite CH3R mittels einer elektrisch leitenden Schicht 46, beispielsweise einer Lötschicht oder eines elektrisch leitenden Klebers, auf den Source-Anschluss SN1 an der Vorderseite CH1V des Halbleiterkörpers CH1 des n- Kanal-Transistors N aufgebracht. Der Anschluss 103 der An steuerschaltung 10 und der Source-Anschluss SN1 sind mittels der elektrisch leitenden Schicht 46 elektrisch miteinander verbunden. Dadurch kann auf eine Kontaktfläche für den An schluss 103 an der Vorderseite CH3V des Halbleiterkörpers CH3 und den Bonddraht B9 verzichtet werden.

Die Schaltungsanordnung gemäß Fig. 4 stellt eine platzspa rende Realisierung der in Fig. 2 im Schaltbild dargestellten Halbbrückenschaltung mit der Ansteuerschaltung 10 und den Transistoren P, N dar.

Fig. 5 zeigt das Schaltbild eines weiteren Ausführungsbei spiels einer erfindungsgemäßen Halbbrückenschaltung, welche sich von der in Fig. 2 dargestellten durch einen Kondensator Cb unterscheidet, der an die Anschlussklemmen K1, K2 ange schlossen ist.

Fig. 6 zeigt eine platzsparende Realisierung der Schaltungs anordnung gemäß Fig. 5, wobei der Kondensator Cb, vorzugs weise als keramischer Vielschichtkondensator ausgebildet ist, der eine quaderförmige Form aufweist. An Enden des quaderför migen Kondensators Cb sind dessen Anschlüsse angeordnet.

Bei einer nicht näher dargestellten Ausführungsform ist einer der Anschlüsse mittels eines Bonddrahtes an den Source- Bereich SN an der Vorderseite CHV1 des Chips CH1 des n- Kanaltransistors N angeschlossen und der andere Anschluss ist mittels eines Bonddrahtes elektrisch leitenden mit dem Sour ce-Bereich SP an der Vorderseite CH2V des Chips CH2 verbun den. Das Anschließen des Kondensators Cb an die Source- Anschlüsse SN, SP mittels Bonddrähten ist insbesondere dann erforderlich, wenn auf die Vorderseiten CH1V, CH2V der Halbleiterkörper elektrisch isolierende Schutzschichten aufge bracht sind, die von den Bonddrähten zur Herstellung eines elektrischen Kontaktes durchdrungen werden.

Bei dem in Fig. 6b dargestellten Ausführungsbeispiel ist keine derartige Schutzschicht auf die Vorderseiten CH1V, CH2V der Halbleiterkörper CH1, CH2 aufgebracht. Einer der An schlüsse des Kondensators Cb ist bei dieser Ausführungsform mittels einer elektrisch leitenden Schicht 47 auf den Source- Bereich SN an der Vorderseite CH1V des Chips CH1 des n-Kanal- Transistors N aufgebracht. Der andere Anschluss ist mittels einer elektrisch leitenden Schicht 49 mit dem Source-Bereich SP an der Vorderseite CH₂V des Chips CH2 des p-Kanal- Transistors P verbunden. Die elektrisch leitenden Schichten 47, 49 sind vorzugsweise Schichten aus Lötmaterial oder Schichten aus elektrisch leitendem Klebstoff.

Auch die Anordnung gemäß Fig. 6 ist vorzugsweise von einer ein Gehäuse für die Anordnung bildenden Kunststoffschicht 50 umschlossen.

Bezugszeichenliste

10

Ansteuerschaltung

101

Eingang der Ansteuerschaltung

102

,

103

Versorgungsanschlüsse der Ansteuerschaltung

104

,

105

Ausgänge der Ansteuerschaltung

20

gemeinsame Anschlussplatte

201-205

Anschlussbeine

50

Gehäuse
B1-B8 Bonddrähte
Cb Kapazität
CH₁

, CH₂

Halbleiterkörper
CH1R, CH2R Rückseite
CH1V, CH2V Vorderseite
Cin Eingangskapazität
Cout Ausgangskapazität
DP, DN Drain-Anschluss
GP, GN Gate-Anschluß
K1, K2 Versorgungspotentialklemmen
L Induktivität
N n-Kanal-Transistor
OUT Ausgang der Halbbrückenschaltung
OX1, OX2 Isolationsschichten
P p-Kanal-Transistor
Sin Eingangssignal
SP, SN Source-Anschluss
Uin Eingangsspannung
Uout Ausgangsspannung

Claims

1. Halbbrückenschaltung, die folgende Merkmale aufweist:

- einen n-leitenden ersten MOS-Transistor (N) in vertikaler Bauweise, der in einem ersten Halbleiterkörper (CH1) integ riert ist,
- einen p-leitenden zweiten MOS-Transistor (P) in vertikaler Bauweise, der in einem zweiten Halbleiterkörper (CH2) integ riert ist, und der in Reihe zu dem ersten Transistor (N) ge schaltet ist, wobei die Reihenschaltung mit dem ersten und zweiten Transistor (N, P) zwischen einer ersten und zweiten Anschlussklemme (K1, K2) verschaltet ist,
- eine Ansteuerschaltung (10) zur Ansteuerung des ersten und zweiten Transistors (N, P),
- der erste und zweite Transistor (P, N) sind auf eine ge meinsame Anschlussplatte (20) aufgebracht.

2. Halbbrückenschaltung nach Anspruch 1, bei der der erste und zweite Halbleiterkörper (CH1, CH2) des ersten und zweiten Transistors (N, P) jeweils eine Vorderseite (CH1V, CH2V), an der ein Ansteueranschluss (GN, GP) und ein erster Laststre ckenanschluss (SN, SP) des jeweiligen Transistors (N, P) zu gänglich sind, und eine Rückseite (CH1R, CH2R), an der ein zweiter Laststreckenanschluss (DN, DP) zugänglich ist, auf weisen, wobei die Halbleiterkörper (CH1, CH2) an ihrer Rück seite (CH1R, CH2R) auf die gemeinsame Anschlussplatte (20) aufgebracht sind.

3. Halbbrückenschaltung nach einem der vorangehenden Ansprü che, die einen Kondensator (Cb) aufweist, der zwischen den ersten Laststreckenanschluss (SN) des ersten Transistors (N) und dem ersten Laststreckenanschluss (SP) des zweiten Tran sistors (P) verschaltet ist.

4. Halbbrückenschaltung nach Anspruch 3, bei der der Konden sator (Cb) auf den ersten und zweiten Halbleiterkörper (CH1, CH2) aufgebracht ist und einen ersten und zweiten Anschluss aufweist, wobei der erste Anschluss mit dem ersten Halblei terkörper (CH1) und der zweite Anschluss mit dem zweiten Halbleiterkörper (CH2) verbunden ist.

5. Halbbrückenschaltung nach Anspruch 4, bei der Anschlüsse des Kondensators (Cb) mittels Bonddrähten elektrisch leitend mit dem ersten bzw. zweiten Halbleiterkörper (CH1, CH2) ver bunden sind.

6. Halbbrückenschaltung nach Anspruch 4, bei der Anschlüsse des Kondensators (Cb) mittels Schichten (47, 49) aus Lötmate rial oder einem elektrisch leitfähigen Kleber elektrisch mit dem ersten bzw. zweiten Halbleiterkörper (CH1, CH2) verbunden sind.

7. Halbbrückenschaltung nach einem der vorangehenden Ansprü che, bei der der erste und zweite Halbleiterkörper (CH1, CH2) auf die gemeinsame Anschlussplatte (20) aufgelötet oder mit tels eines elektrisch leitfähigen Klebers aufgeklebt sind.

8. Halbbrückenschaltung nach einem der vorangehenden Ansprü che, bei der die Ansteuerschaltung (10) in einem Halbleiter körper integriert ist, die auf die Vorderseite (CH1V) des Halbleiterkörpers (CH1) des Transistors (N) aufgebracht ist.

9. Halbbrückenschaltung nach einem der vorangehenden Ansprü che, die von einem gemeinsamen Gehäuse (50) umgeben ist.

10. Verwendung einer Halbbrückenschaltung nach einem der vo rangehenden Ansprüche in einem Schaltregler.