DE102007042444A1

DE102007042444A1 - Elektronisches Bauelement mit Empfangs- und Ansteuereinrichtung, insbesondere drahtlosem Steuerkontakt

Info

Publication number: DE102007042444A1
Application number: DE102007042444A
Authority: DE
Inventors: Michael Dr. Kaspar; Markus Richter; Gernot Dr. Schimetta; Robert Weinke
Original assignee: Siemens AG
Current assignee: Siemens AG
Priority date: 2007-09-06
Filing date: 2007-09-06
Publication date: 2009-03-12
Also published as: WO2009030727A1

Abstract

Die vorliegende Erfindung betrifft die elektrische Kontaktierung von elektronischen Bauelementen (1), insbesondere von schaltenden Leistungshalbleitern, wie beispielsweise Thyristoren, MOSFETs oder Insulated Gate Bipolar Transistoren. Es ist Aufgabe der vorliegenden Erfindung, die Kontaktierung von elektronischen Bauelementen (1) derart zu verbessern, dass die Kontaktierung vereinfacht ist und/oder die Kontaktflächen von Leistungskontakten (11) zum Stand der Technik vergrößert sind. Die Aufgabe wird durch eine Vorrichtung gemäß dem Hauptanspruch gelöst, und zwar dadurch, dass mindestens ein herkömmlicher Steuerkontakt (7) vermieden wird. Auf diese Weise ist planares Kontaktieren gemäß der WO 03030247 vereinfacht ausführbar.

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft eine Vorrichtung gemäß dem Oberbegriff des Hauptanspruchs, sowie ein Verfahren gemäß dem Oberbegriff des Nebenanspruchs.
Leistungshalbleiter werden auf herkömmliche Weise mittels Drahtbondtechnik und dünnen Drähten oder in der drahtbondfreien- planaren Verbindungstechnologie gemäß der WO 03030247 mittels abgeschiedener Leiterbahnen kontaktiert.
Bei einer Kontaktierung von Bauelementen, beispielsweise Leitungshalbleiter, insbesondere MOSFETs, Thyristoren oder Insulated Gate Bipolar Transistoren (IGBTs) werden die Steuerkontakte kontaktiert. Nachteiligerweise nehmen Steuerkontaktflächen auf einer Bauteiloberfläche viel Platz ein, der die Fläche der Leitungskontakte reduziert. Des Weiteren muss ein derartiger Kontakt auf herkömmliche Weise mittels Drähte oder Leiterbahnen elektrisch kontaktiert werden.
Es ist Aufgabe der vorliegenden Erfindung die Kontaktierung und/oder das Ansteuern von elektronischen Bauelementen, insbesondere von Leistungshalbleitern, wie beispielsweise Thyristoren oder Insulated Gate Bipolar Transistoren, derart zu verbessern, dass die Kontaktierung und/oder das Ansteuern derartiger Bauelemente vereinfacht ist und/oder die Kontaktflächen von Leistungskontakten Vergrößerungen aufweisen können. Des Weiteren sollen Störgrößen und die Anzahl der Anschlussflächen verringert werden.
Die Aufgabe wird durch eine Vorrichtung gemäß dem Hauptanspruch gelöst, und zwar dadurch, dass mindestens ein herkömmlicher Steuerkontakt vermieden wird. Beispielsweise dreikontaktige Bauelemente weisen lediglich zwei Kontakte auf. Durch die dadurch mögliche Vergrößerung der verbleibenden Kontakt flächen können derartige Vorrichtungen vorteilhaft einfach elektrisch kontaktiert werden und/oder größere Leistungen schalten.
Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen finden sich in den Unteransprüchen.
Gemäß einer vorteilhaften Ausgestaltung ist die Einrichtung zur Erzeugung von Signalen zur Ansteuerung ein Sender. Die Empfangs- und Ansteuerungseinrichtung weist eine Antenne auf, die insbesondere eine Funkantenne ist. Auf diese Weise ist besonders einfach ein drahtloser Steuerkontakt erzeugt. Besonders vorteilhaft sind die galvanische Trennung von Sender und Antenne und eine damit verbundene Reduzierung von Störgrößen. Des Weiteren ist vorteilhaft, dass alle schaltenden und nichtschaltenden (Dioden-)Elemente eines Leistungsmoduls lediglich jeweils eine Anschlussfläche oben und eine Anschlussfläche unten aufweisen. Auf diese Weise ist eine Vielzahl von zusätzlichen Kontaktierungsmöglichkeiten bereit gestellt.
Gemäß einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung ist die Antenne eine Ringantenne. Auf diese Weise ist besonders einfach Platz für die verbleibenden Kontakte geschaffen. Eine Ringantenne ist ein metallisierter Rahmen mit auf die Übertragungsfrequenz abgestimmten Abmessungen.
Gemäß einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung ist die Antenne eine Patch-Antenne. Diese kann auf dem elektronischen Bauelement integriert sein. Eine Patch-Antenne ist eine metallisierte Fläche mit auf die Übertragungsfrequenz abgestimmten Abmessungen.
Gemäß einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung ist die Antenne in einem Außenbereich des Bauelements ausgebildet. Dadurch ist ebenso ausreichend Platz für die verbleibenden Kontakte bereitstellbar.
Gemäß einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung weist die Empfang- und Ansteueranrichtung eine Logikeinrichtung auf. Diese ist besonders vorteilhaft in das Bauelement integriert, so dass eine Ansteuerung besonders einfach ausführbar ist.
Gemäß einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung ist die Logikeinrichtung ein Application-Specific-Integrated-Circuit (ASIC). Dass heißt die Logikeinrichtung ist an die individuellen Erfordernisse des elektronischen Bauelements anpassbar.
Gemäß einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung ist der Sender in unmittelbarer Nähe zu der Empfangs- und Ansteuereinrichtung positioniert. Beispielsweise ist der Sender auf einer Ansteuerungsplatine angeordnet.
Gemäß einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung können die Flächen der Leistungskontakte im Vergleich zu herkömmlichen Größen eine Vergrößerung aufweisen.
Die Erfindung wird anhand von Ausführungsbeispielen in Verbindung mit den Figuren näher beschrieben. Es zeigen:
1 ein Ausführungsbeispiel einer herkömmlichen Vorrichtung;
2 ein Ausführungsbeispiel einer erfindungsgemäßen Vorrichtung;
1 zeigt ein Ausführungsbeispiel einer herkömmlichen Vorrichtung mit einem elektronischen Bauelement 1.
Ein derartiges elektronisches Bauelement ist beispielsweise ein schaltbarer Leistungshalbleiter, wie beispielsweise ein Thyristor, ein MOSFET oder ein Insulated-Gate-Bepolar-Transistor (IGBT). Dieser schaltende Leistungshalbleiter befindet sich auf einem Substrat 13, wobei dessen unterer Leistungskontakt elektrisch kontaktiert und befestigt ist. Auf der Oberseite des Leistungshalbleiters befinden sich ein Leistungskontakt 11, sowie ein herkömmlicher Steuerkontakt 7 zur Ansteuerung des Bauelements 1. 1 zeigt zudem eine Einrichtung 3 zur Erzeugung von Signalen zur Ansteuerung des elektronischen Bauelements 1. Anstelle eines IGBTs kann ebenso ein MOSFET, ein Thyristor oder vergleichbare Leistungshalbleiter verwendet werden. Bei Scheibenthyristoren für Ströme größer 1000 A kann eine Zündung mittels Licht, mittels einer integrierten Lumineszenzdiode erfolgen. Für die Dioden wird ebenso ein leitungsgeführter Steueranschluss verwendet.
2 zeigt ein Ausführungsbeispiel einer erfindungsgemäßen Vorrichtung. Das elektronische Bauelement 1 ist hier ebenso beispielsweise ein schaltbarer Leistungshalbleiter. Auf einer Unterseite befindet sich ein unterer Leitungskontakt. Auf der Oberseite befindet sich ein oberer Leitungskontakt 11. Der Leistungshalbleiter ist auf einem Substrat 13 elektrisch kontaktiert und befestigt. Gemäß diesem Ausführungsbeispiel ist die Einrichtung 3 zur Erzeugung von Signalen zur Ansteuerung ein Sender 3b. Die Empfang- und Ansteuereinrichtung 5 weist eine Antenne 5a, insbesondere Funkantenne, auf. Gemäß diesem Ausführungsbeispiel kann die Antenne 5a eine Ringantenne sein. Die Antenne 5a ist vorteilhaft in einem Außenbereich des Bauelements 1 ausgebildet, jedoch nicht außerhalb des Siliziums, sondern auf der Oberseite im Außenbereich – direkt neben der Sägekante. 2 zeigt die Ringantenne im Querschnitt. Eine Antenne 5a kann ebenso eine Patch-Antenne sein. Gemäß 2 weist die Empfangs- und Ansteuerungseinrichtung 5 eine, insbesondere in das Bauelement 1 integrierte, Logikeinrichtung 5b auf. Die Logikeinrichtung 5b kann beispielsweise ein Application-Specific-Integrated-Circuit (ASIC) sein, damit kann auf besondere Weise eine Anpassung der Logikeinrichtung 5b an das elektronische Bauelement 1 bereitgestellt werden. Gemäß 2 ist der Sender 3b in unmittelbarer Nähe zu der Empfangs- und Ansteuereinrichtung 5, 5a, 5b, auf einer Ansteuerungsplatine 9 positioniert. 2 zeigt ebenso, dass die Fläche des oberen Leistungskontakts 11 im Vergleich mit der herkömmlichen Größe eine Vergrößerung 11a aufweisen kann, da ein herkömmlicher Steuerkontakt 7 vermieden werden kann. Auf diese Weise ist z. B. planares Kontaktieren gemäß der WO 03030247 vereinfacht ausführbar.
Durch das Aufbringen einer Ringantenne 5a im Außenbereich des Bauelements 1 wird eine Empfangs- und Ansteuerungseinrichtung 5 zum Empfangen der Signale und zur Ansteuerung des Bauelements 1 bereitgestellt, welche über Funksignale ausgehend von einem in der unmittelbaren Nähe gelegenen Sender 3b (beispielsweise auf einer Ansteuerungsplatine 9) in der Lage ist, die Steuerfunktion für einen Chip zu gewährleisten. Dadurch kann auf einen mechanischen Kontakt 7 verzichtet werden und es steht mehr Fläche für einen Leistungskontakt 11 zur Verfügung. Ein im Bauelement 1 integrierter ASIC stellt die Logikeinrichtung 5b für die Ansteuerung bereit.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

- WO 03030247 [0002, 0020]

Claims

Vorrichtung mit elektronischem Bauelement (1), insbesondere schaltendem Leistungshalbleiter, wie beispielsweise Thyristor, Metall-Oxid-Semiconductor-Feldeffekttransistor oder Insulated Gate Bipolar Transistor, mit einer Einrichtung (3) zur Erzeugung von Signalen zur Ansteuerung des elektronischen Bauelements (1); dadurch gekennzeichnet, dass zur Ansteuerung des Bauelements (1) eine Empfangs- und Ansteuereinrichtung (5) zum Empfangen der Signale und zur Ansteuerung des Bauelements (1) bereitgestellt ist.
Vorrichtung mit elektronischem Bauelement nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Einrichtung (3) zur Erzeugung von Signalen zur Ansteuerung einen Sender (3b) aufweist; die Empfangs- und Ansteuereinrichtung (5) eine Antenne (5a), insbesondere Funkantenne, aufweist.
Vorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Antenne (5a) eine Ringantenne ist.
Vorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Antenne (5a) eine Patch-Antenne ist.
Vorrichtung nach Anspruch 2, 3 oder 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Antenne (5a) in einem Außenbereich des Bauelements (1) ausgebildet ist.
Vorrichtung nach einem oder mehreren der vorangehenden Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Empfangs- und Ansteuereinrichtung (5) eine, insbesondere in das Bauelement (1) integrierte, Logikeinrichtung (5b) aufweist.
Vorrichtung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Logikeinrichtung (5b) ein ASIC ist.
Vorrichtung nach einem oder mehreren der vorangehenden Ansprüche 2 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass der Sender (3b) in unmittelbarer Nähe zu der Empfangs- und Ansteuereinrichtung (5; 5a, 5b), beispielsweise auf einer Ansteuerungsplatine (9), positioniert ist.
Vorrichtung nach einem oder mehreren der vorangehenden Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass die Flächen der Leistungskontakte (11) eine Vergrößerung (11a) aufweisen.
Verfahren zum Ansteuern einer Vorrichtung mit elektronischem Bauelement (1), insbesondere schaltendem Leistungshalbleiter, wie beispielsweise Thyristor, Metall-Oxid-Semiconductor-Feldeffekttransistor oder Insulated Gate Bipolar Transistor, nach einem oder mehreren der vorangehenden Ansprüche 1 bis 9, mit mittels einer Einrichtung (3) erfolgendem Erzeugen von Signalen zur Ansteuerung des elektronischen Bauelements (1); gekennzeichnet durch zur Ansteuerung des Bauelements (1) mittels einer Empfangs- und Ansteuereinrichtung (5) erfolgendes Empfangen der Signale und Ansteuern des Bauelements (1).