DE102008044411B4 - Integrierte Schaltung mit einem Leistungs-MOS-Transistor, System und Verfahren zum Schalten einer Last - Google Patents
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Abstract
Integrierte Schaltung, die aufweist: einen ersten Transistor (118) mit einem ersten Gate und einem ersten Source; einen zweiten Transistor (120a) mit einem zweiten Gate und einem zweiten Source; einen ersten Sourcekontakt (136a) der über dem zweiten Transistor (120a) angeordnet ist und der mit dem ersten Source und dem zweiten Source gekoppelt ist; und eine mit dem ersten Sourcekontakt (136a) gekoppelte erste Bondleitung (144a), wobei die integrierte Schaltung weiterhin eine Schaltung (110) aufweist, die dazu ausgebildet ist, den ersten und den zweiten Transistor (118, 120a) als Reaktion auf ein Eingangssignal einzuschalten, den zweiten Transistor (120a) als Reaktion auf einen Überlastzustand auszuschalten und den ersten Transistor (118) bei Fortbestehen des Überlastzustandes zu einem späteren Zeitpunkt auszuschalten.
Description
- Hintergrund
- Metalloxid-Halbleiter-(MOS-)Transistoren, wie zum Beispiel Leistungs-MOS-Feldeffekttransistoren (MOSFETs) werden in Leistungsanwendungen zum Schalten externer Lasten verwendet. Die MOS-Transistoren können mit intelligenten Leistungstechnologien ausgestaltet sein, so dass die MOS-Transistoren vor Kurzschluss- und anderen Überlastbedingungen geschützt werden. Die intelligenten Leistungstechnologien können Temperatur- und/oder Stromsensoren zum Erfassen von Kurzschluss- und anderen Überlastbedingungen umfassen. Trotz der Kurzschluss- und Überlastschutzschaltkreise können die MOS-Transistoren bei wiederholten Kurzschluss- oder anderen Überlastbedingungen ausfallen. Der Ausfall der MOS-Transistoren ist oft verbunden mit thermomechanischem Ausfall der Bondleitungen und/oder der Metallisierungskontaktierung angrenzend an die und in der Nähe der Bondleitungen.
- Die
US 2007/0228476 A1 - Die
EP 0 517 261 A2 beschreibt eine elektronische Schaltung mit mehreren parallel geschalteten MOSFETs und einer Schutzschaltung. Die Schutzschaltung ist dazu ausgebildet einen Gatestrom der einzelnen MOSFETs zu detektieren und einen MOSFET abzuschalten, wenn dessen Gatestrom auf einen Kurzschluss zwischen Gate und Source hindeutet. - Die
US 2004/0075113 A1 - Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, eine gegen thermomechanische Belastungen robuste integrierte Schaltung, ein gegen thermomechanische Belastungen robustes System und ein robustes Verfahren zum Ansteuern einer Last zur Verfügung zu stellen.
- Diese Aufgabe wird durch ein integrierte Schaltung nach Anspruch 1, durch ein System nach Anspruch 7 und durch Verfahren nach den Ansprüchen 13 und 18 gelöst. Ausgestaltungen und Weiterbildungen sind Gegenstand von Unteransprüchen.
- Kurze Beschreibung der Zeichnungen
- Die Zeichnungen zeigen Ausführungsformen und dienen zusammen mit der Beschreibung zur Erläuterung von Prinzipien von Ausführungsformen. Andere Ausführungsformen und viele der beabsichtigten Vorteile von Ausführungsformen werden ohne weiteres ersichtlich, wenn sie durch Bezugnahme auf die folgende ausführliche Beschreibung besser verstanden werden. Die Elemente der Zeichnungen sind nicht unbedingt maßstabsgetreu zueinander. Gleiche Bezugszahlen kennzeichnen entsprechende ähnliche Teile.
-
1 ist ein Blockdiagramm einer Ausführungsform einer intelligenten Leistungsanordnung. -
2 ist ein Schaltbild eines Leistungs-MOS-Transistors in einer Ausführungsform. -
3 ist eine Draufsicht eines Leistungs-MOS-Transistors in einer Ausführungsform. -
4 ist ein Schaltbild eines Leistungs-MOS-Transistors in einer weiteren Ausführungsform. -
5 eine Draufsicht eines Leistungs-MOS-Transistors in einer weiteren Ausführungsform. -
6 ist ein Flussdiagramm einer Ausführungsform eines Verfahrens zum Betreiben eines Leistungs-MOS-Transistors. - Ausführliche Beschreibung
- In der folgenden ausführlichen Beschreibung wird auf die beigefügten Zeichnungen verwiesen, in denen zur Veranschaulichung spezifische Ausführungsformen gezeigt sind, in denen die Erfindung ausgeübt werden kann. In diesem Zusammenhang werden Richtungsbezeichnungen, wie etwa ”oben” ”unten” ”vorne” ”hinten” ”vorderes” ”hinteres” usw. mit Bezug auf die Orientierung der beschriebenen Figur(en) verwendet. Da Komponenten der Ausführungsformen in einer Anzahl verschiedener Orientierungen positioniert werden können, dienen die Richtungsbezeichnungen zur Veranschaulichung.
- Es versteht sich, dass die Merkmale der verschiedenen hier beschriebenen beispielhaften Ausführungsformen miteinander kombiniert werden können, soweit es nicht speziell anders beschrieben wird.
-
1 ist ein Blockschaltbild einer Ausführungsform einer intelligenten Leistungsanordnung100 . Bei einer Ausführungsform ist die intelligente Leistungsanordnung100 eine integrierte Schaltung oder ein Teil einer integrierten Schaltung. Bei einer Ausführungsform dient die intelligente Leistungsanordnung100 zum Schalten einer externen Last. Die intelligente Leistungsanordnung100 besitzt eine erhöhte Zuverlässigkeit unter Kurzschluss- und anderen Überlastbedingungen im Vergleich zu typischen intelligenten Leistungsanordnungen. Die erhöhte Zuverlässigkeit wird erzielt, indem die intelligente Leistungsanordnung100 dynamisch den aktiven Bereich eines Leistungs-Metalloxidhalbleiter-(MOS-)Transistors als Reaktion auf die Lastbedingungen anpasst. - Der aktive Bereich des Leistungs-MOS-Transistors wird dynamisch an die Lastbedingungen angepasst, durch Unterteilen des Leistungs-MOS-Transistors in mehrere Regionen mit gemeinsamen Source- und Drain-Anschlüssen oder -Kontakten, aber separaten Gate-Anschlüssen oder -Kontakten. Der Leistungs-MOS-Transistor ist in eine Haupttransistorregion und eine oder mehrere Bond-Transistorregionen unterteilt. Eine Bondleitung ist elektrisch mit jedem Sourcekontakt gekoppelt, der neben jeder Bond-Transistorregion und von der Haupttransistorregion entfernt liegt.
- Die Gatespannungen der verschiedenen Transistorregionen werden auf Basis der Betriebsbedingungen eingestellt. Unter normalen Betriebsbedingungen weisen alle Transistorregionen dieselbe Gatespannung auf; deshalb tragen alle Transistorregionen zu dem aktiven Bereich bei, und der Ein-Widerstand des Leistungs-MOS-Transistors wird minimiert. Unter speziellen Betriebsbedingungen (z. B. Kurzschluss oder anderen Überlastbedingungen) werden die Bond-Transistorregionen des Leistungs-MOS-Transistors ausgeschaltet, um die thermomechanische Belastung in den Transistorregionen zu reduzieren, in denen die Bondleitungen elektrisch mit den Sourcekontakten gekoppelt sind.
- Der intelligenten Leistungsanordnung
100 ist ein Eingangssignal an dem Eingangssignalpfad102 zugeführt und sie schaltet eine externe Last durch den Drain-Signalpfad104 und den Source-Signalpfad106 auf Basis des Eingangssignals. Die intelligente Leistungsanordnung100 enthält eine Schutzschaltung110 und einen intelligenten Leistungs-MOS-Transistor112 . Der Leistungs-MOS-Transistor112 enthält einen Temperatursensor114 , einen Stromsensor116 , einen Haupt-MOS-Transistor118 und einen oder mehrere Bond-MOS-Transistoren120a –120c , Bei anderen Ausführungsformen enthält der Leistungs-MOS-Transistor112 eine beliebige geeignete Anzahl von Bond-MOS-Transistoren120 unter Berücksichtigung der Betriebsspezifikationen (z. B. Strom) für die intelligente Leistungsanordnung100 . - Im folgenden soll der Ausdruck ”elektrisch gekoppelt” nicht bedeuten, dass die Elements direkt miteinander gekoppelt werden müssen, sondern dass dazwischen liegende Elemente zwischen den ”elektrisch gekoppelten” Elementen vorgesehen sein können.
- Der Temperatursensor
114 des Leistungs-MOS-Transistors112 ist über den Temperatursensor-Signalpfad122 elektrisch mit der Schutzschaltung110 gekoppelt. Der Stromsensor116 des Leistungs-MOS-Transistors112 ist über den Stromsensor-Signalpfad124 elektrisch mit der Schutzschaltung110 gekoppelt. Die Schutzschaltung110 ist über den Haupt-Gate-Signalpfad126 elektrisch mit dem Gate des Haupt-MOS-Transistors118 des Leistungs-MOS-Transistors112 gekoppelt. Die Schutzschaltung110 ist über einen ersten Bond-Gate-Signalpfad128a elektrisch mit einem ersten Bond-MOS-Transistor120a des Leistungs-MOS-Transistors112 gekoppelt. Die Schutzschaltung110 ist durch einen zweiten Bond-Gate-Signalpfad128b elektrisch mit einem zweiten Bond-MOS-Transistor120b des Leistungs-MOS-Transistors112 gekoppelt. Die Schutzschaltung110 ist elektrisch über einen dritten Bond-Gate-Signalpfad128c mit einem dritten Bond-MOS-Transistor120c des Leistungs-MOS-Transistors112 gekoppelt. - Der Temperatursensor
114 des Leistungs-MOS-Transistors112 misst die Temperatur des Leistungs-MOS-Transistors112 . Der Temperatursensor114 gibt auf dem Temperatursensor-Signalpfad122 ein Temperatursensorsignal aus, das die gemessene Temperatur angibt. Der Stromsensor116 des Leistungs-MOS-Transistors112 misst den Strom durch den Leistungs-MOS-Transistor112 . Der Stromsensor116 gibt auf dem Stromsensor-Signalpfad124 ein Stromsensorsignal aus, das den gemessenen Strom angibt. - Dem Haupt-MOS-Transistor
118 des Leistungs-MOS-Transistors112 ist über den Haupt-Gate-Signalpfad126 ein Haupt-Gate-Signal zugeführt. Der Haupt-MOS-Transistor118 teilt sich mit den Bond-MOS-Transistoren120a –120c eine gemeinsame Sourceverbindung und eine gemeinsame Drainverbindung dergestalt, dass die Source-Drain-Pfade des Haupt-MOS-Transistors118 und der Bond-MOS-Transistoren120a –120c elektrisch parallel liegen. Die gemeinsame Sourceverbindung ist elektrisch mit dem Source-Signalpfad106 gekoppelt. Die gemeinsame Drainverbindung ist elektrisch mit dem Drain-Signalpfad104 gekoppelt. Als Reaktion auf eine geeignete Haupt-Gate-Signalspannung schaltet sich der Haupt-MOS-Transistor118 ein, um eine elektrisch zwischen den Drain-Signalpfad104 und den Source-Signalpfad106 geschaltete externe Last einzuschalten. - Dem ersten Bond-MOS-Transistor
120a ist über den Bond-Gate-Signalpfad128a ein erstes Bond-Gate-Signal zugeführt. Dem zweiten Bond-MOS-Transistor120b ist über den ersten Bond-Gate-Signalpfad128b ein zweites Bond-Gate-Signal zugeführt. Dem dritten Bond-MOS-Transistor120c ist über den dritten Bond-Gate-Signalpfad128c ein drittes Bond-Gate-Signal zugeführt. Als Reaktion auf geeignete Bond-Gate-Signalspannungen und bei eingeschaltetem Haupt-MOS-Transistor118 schalten sich die Bond-MOS-Transistoren120a –120c ein, um eine elektrisch zwischen dem Drain-Signalpfad104 und dem Source-Signalpfad106 geschaltete externe Last einzuschalten. - Die Schutzschaltung
110 umfasst geeignete Logikschaltkreise zum Steuern des Betriebs der intelligenten Leistungsanordnung100 . Der Schutzschaltung110 ist über den Eingangssignalpfad102 ein Eingangssignal von einer externen Anordnung zugeführt und sie schaltet den Leistungs-MOS-Transistor112 als Reaktion auf das Eingangssignal ein oder aus. Die Schutzschaltung112 schaltet den Leistungs-MOS-Transistor112 ein oder aus, indem die Haupt-Gate-Signalspannung an dem Haupt-Gate-Signalpfad126 und die Bond-Gate-Signalspannungen an den Bond-Gate-Signalpfaden128a –128c gesteuert werden. - Die Schutzschaltung
110 empfängt das Temperatursensorsignal an dem Temperatur-Signalpfad122 . Auf Basis des Temperatursensorsignals bestimmt die Schutzschaltung110 , ob sich der Leistungs-MOS-Transistor112 in einem Übertemperaturzustand befindet. Die Schutzschaltung110 empfängt das Stromsensorsignal an dem Stromsensor-Signalpfad124 . Auf Basis des Stromsensorsignals bestimmt die Schutzschaltung110 , ob sich der Leistungs-MOS-Transistor112 in einem Kurzschluss- oder einem anderen Überlastzustand befindet. - Als Reaktion auf einen Übertemperatur-, Kurzschluss- oder einen anderen Überlastzustand schaltet die Schutzschaltung
110 die Bond-MOS-Transistoren120a –120c aus und versetzt den Haupt-MOS-Transistor118 in einen Schutzmodus. Nachdem der Übertemperatur-, Kurzschluss- oder andere Überlastzustand korrigiert ist, schaltet die Schutzschaltung110 die Bond-MOS-Transistoren120a –120c wieder ein. Wenn der Übertemperatur-, Kurzschluss- oder andere Überlastzustand für eine vorbestimmte Zeit anhält, schaltet die Schutzschaltung110 auch den Haupt-MOS-Transistor118 aus. - Während des Betriebs schaltet die Schutzschaltung
110 den Leistungs-MOS-Transistor112 durch Anlegen einer Haupt-Gate-Signalspannung an den Haupt-MOS-Transistor118 ein, um den Haupt-MOS-Transistor118 einzuschalten, und Bond-Gate-Signalspannungen an die Bond-MOS-Transistoren120a –120c , um die Bond-MOS-Transistoren120a –120c einzuschalten. Bei eingeschaltetem Leistungs-MOS-Transistor112 überwacht die Schutzschaltung110 die Temperatur des Leistungs-MOS-Transistors112 und den Strom durch den Leistungs-MOS-Transistor112 über das Temperatursensorsignal und das Stromsensorsignal. - Als Reaktion auf normale Temperatur- und Strombedingungen, die durch das Temperatursensorsignal und das Stromsensorsignal angegeben werden, hält die Schutzschaltung
110 den Leistungs-MOS-Transistor112 im Einzustand. Als Reaktion auf einen Kurzschluss- oder anderen Überlastzustand, der durch das Stromsensorsignal und/oder das Temperatursensorsignal angegeben wird, schaltet die Schutzschaltung110 die Bond-MOS-Transistoren120a –120c sofort aus. Im allgemeinen kann der Stromsensor einen Kurzschluss- oder anderen Überlastzustand schneller detektieren, als der Temperatursensor einen Kurzschluss- oder anderen Überlastzustand detektieren kann. - Durch sofortiges Ausschalten der Bond-MOS-Transistoren
120a –120c als Reaktion auf einen Kurzschluss- oder anderen Überlastzustand fließt kein Strom unterhalb der Bondleitungen, die mit den Sourcekontakten neben den Bond-MOS-Transistoren120a –120c gekoppelt sind. Bei eingeschaltetem Bond-MOS-Transistor120a –120c gibt es keine Verlustleistung in den Bond-MOS-Transistoren120a –120c , und deshalb reduzierte thermomechanische Belastung an den Bondleitungen und an der Metallisierungskontaktierung angrenzend an den und in der Nähe der Bondleitungen. - Durch dynamische Anpassung des aktiven Bereichs des Leistungs-MOS-Transistors
112 trägt unter normalen Betriebsbedingungen der vollständige Bereich zu dem Ein-Widerstand bei. Unter Kurzschluss- oder anderen Überlastbedingungen trägt jedoch nur ein Teil des Bereichs zu dem Ein-Widerstand bei. Unter Kurzschluss- oder anderen Überlastbedingungen ist der Strom in dem Leistungs-MOS-Transistor112 deshalb reduziert, und die ausgeschalteten Bereiche erfahren reduzierte oder keine thermomechanische Belastung. Die reduzierte thermomechanische Belastung an den Bondleitungen und der angrenzenden und naheliegenden Metallisierung führt zu einer verbesserten Zuverlässigkeit der Anordnung bei sich wiederholenden Belastungsbedingungen. - Um die thermomechanische Belastung an den Bonddrähten zu reduzieren, sollte der Temperaturanstieg pro Kurzschluss- oder anderem Überlastzustandszyklus minimiert werden. Deshalb sollten die Bond-MOS-Transistoren
120a –120c so schnell wie möglich ausgeschaltet werden. Dies minimiert die unterhalb der Bondleitungen abgeführte Energie und minimiert deshalb auch den Temperaturanstieg. Da der Stromsensor in der Regel in einer intelligenten Leistungsanordnung das schnellste Ansprechverhalten aufweist, wird bei einer Ausführungsform der Stromsensor zum Detektieren von Kurzschluss- oder anderen Überlastbedingungen verwendet. -
2 ist ein Schaltbild, das einen Leistungs-MOS-Transistors112a in einer Ausführungsform veranschaulicht. Bei dieser Ausführungsform umfasst der Leistungs-MOS-Transistor112a einen Haupt-MOS-Transistor118 und einen einzigen Bond-MOS-Transistor120 . Bei einer Ausführungsform bildet der Leistungs-MOS-Transistor112a den zuvor mit Bezug auf1 beschriebenen und dargestellten Leistungs-MOS-Transistor112 . - Das Gate des Bond-MOS-Transistors
120 ist elektrisch mit einem Bond-Gate-Signalpfad128 gekoppelt. Das Gate des Haupt-MOS-Transistors118 ist elektrisch mit einem Haupt-Gate-Signalpfad125 gekoppelt, Drain des Bond-MOS-Transistors120 und Drain des Haupt-MOS-Transistors118 sind elektrisch an einen gemeinsamen Drain-Signalpfad146 gekoppelt. Das Source des Bond-MOS-Transistors120 ist an einem Kontakt136 durch den Signalpfad138 elektrisch an eine Source-Bondleitung144 gekoppelt. Source des Haupt-MOS-Transistors118 ist an dem Kontakt136 durch den Signalpfad145 elektrisch mit der Source-Bondleitung144 gekoppelt. Der Kontakt136 befindet sich neben dem Bond-MOS-Transistor120 und ist von dem Haupt-MOS-Transistor118 entfernt. Bei einer Ausführungsform sind die Signalpfade138 und145 in einer Metallisierungsschicht des Leistungs-MOS-Transistors112a gebildet. - Bei einer Ausführungsform steuert die Schutzschaltung
110 den Bond-MOS-Transistor120 unter Verwendung eines Gate-Signals auf dem Bond-Gate-Signalpfad128 . Bei einer Ausführungsform steuert die Schutzschaltung110 den Haupt-MOS-Transistor118 unter Verwendung eines Gate-Signals auf dem Haupt-Gate-Signalpfad126 . Bei Normalbetrieb legt die Schutzschaltung110 eine erste Spannung an den Bond-Gate-Signalpfad128 und den Haupt-Gate-Signalpfad126 an, um den Bond-MOS-Transistor120 und den Haupt-MOS-Transistor118 einzuschalten. Während eines Kurzschluss- oder anderen Überlastzustands legt die Schutzschaltung110 eine zweite Spannung an den Bond-Gate-Signalpfad128 an, um den Bond-MOS-Transistor120 auszuschalten. -
3 ist eine Draufsicht, die einen zuvor mit Bezug auf2 beschriebenen und dort dargestellten Leistungs-MOS-Transistors112a in einer Ausführungsform veranschaulicht. Der Haupt-MOS-Transistor118 umfasst ein Gate140 . Der Bond-MOS-Transistor120 umfasst ein von dem Gate140 separates Gate142 . Der Haupt-MOS-Transistor118 und der Bond-MOS-Transistor120 teilen sich gemeinsame Source- und Drainkontakte. Bei einer Ausführungsform ist der aktive Bereich des Haupt-MOS-Transistors118 größer als der aktive Bereich des Bond-MOS-Transistors120 . Der aktive Bereich des Haupt-MOS-Transistors118 umgibt lateral den aktiven Bereich des Bond-MOS-Transistors120 . Bei einer Ausführungsform kontaktiert der aktive Bereich des Haupt-MOS-Transistors118 den aktiven Bereich des Bond-MOS-Transistors120 . - Die Source-Bondleitung
144 ist an dem Kontakt136 elektrisch mit den Signalpfaden138 und145 gekoppelt. Bei einer Ausführungsform befindet sich der Kontakt136 direkt über dem Bond-MOS-Transistor120 . Durch Ausschalten des Bond-MOS-Transistors120 als Reaktion auf einen Kurzschluss- oder einen anderen Überlastzustand wird deshalb die thermomechanische Belastung an der Source-Bondleitung144 und der angrenzenden und naheliegenden Metallisierung an dem Kontakt136 reduziert. Mit reduzierter thermomechanischer Belastung wird die Zuverlässigkeit des Leistungs-MOS-Transistors112a bei sich wiederholenden Kurzschluss- oder andere Überlastbedingungen erhöht. -
4 ist ein Schaltbild, das einen Leistungs-MOS-Transistors112b in einer weiteren Ausführungsform veranschaulicht. Bei dieser Ausführungsform umfasst der Leistungs-MOS-Transistor112b einen Haupt-MOS-Transistor118 und drei Bond-MOS-Transistoren120a –120c . Bei anderen Ausführungsformen wird eine beliebige geeignete Anzahl von Bond-MOS-Transistoren120 verwendet. Bei einer Ausführungsform bildet der Leistungs-MOS-Transistor112b den zuvor mit Bezug auf1 beschriebenen und dort dargestellten Leistungs-MOS-Transistor112 . - Das Gate des ersten Bond-MOS-Transistors
120a ist elektrisch an einen ersten Bond-Gate-Signalpfad128a gekoppelt. Das Gate des zweiten Bond-MOS-Transistors120b ist elektrisch an einen zweiten Bond-Gate-Signalpfad128b gekoppelt. Das Gate des dritten Bond-MOS-Transistors120c ist elektrisch an einen dritten Bond-Gate-Signalpfad128c gekoppelt. Das Gate des Haupt-MOS-Transistors118 ist elektrisch mit einem Haupt-Gate-Signalpfad126 gekoppelt. Der Drain-Anschluss jedes Bond-MOS-Transistors120a –120c und der Drain-Anschluss des Haupt-MOS-Transistors118 sind elektrisch an einen gemeinsamen Drain-Signalpfad146 gekoppelt. - Der Source-Anschluss des ersten Bond-MOS-Transistors
120a ist an einem ersten Kontakt136a durch den Signalpfad138a elektrisch mit einer entsprechenden ersten Source-Bondleitung144a gekoppelt. Der erste Kontakt135a befindet sich neben dem ersten Bond-MOS-Transistor120a und von dem Haupt-MOS-Transistor118 entfernt. Der Source-Anschluss des zweiten Bond-MOS-Transistors120b ist an einem zweiten Kontakt136b durch den Signalpfad138b elektrisch mit einer entsprechenden zweiten Source-Bondleitung144b gekoppelt. Der zweite Kontakt136b befindet sich neben dem zweiten Bond-MOS-Transistor120b und von dem Haupt-MOS-Transistor118 entfernt. Der Source-Anschluss des dritten Bond-MOS-Transistors120c ist an einem dritten Kontakt136c durch den Signalpfad138c elektrisch mit einer entsprechenden dritten Source-Bondleitung144c gekoppelt. Der dritte Kontakt136c befindet sich neben dem dritten Bond-MOS-Transistor120c und von dem Haupt-MOS-Transistor118 entfernt. Der Source-Anschluss des Haupt-MOS-Transistors118 ist an den Kontakten136a –136c durch den Signalpfad145 elektrisch mit den Source-Bondleitungen144a –144c gekoppelt. Bei einer Ausführungsform werden die Signalpfade138a –138c und145 in einer Metallisierungsschicht des Leistungs-MOS-Transistors112b gebildet. - Bei einer Ausführungsform steuert die Schutzschaltung
110 den ersten Bond-MOS-Transistor120a unter Verwendung eines Gate-Signals auf dem ersten Bond-Gate-Signalpfad128a . Die Schutzschaltung110 steuert den zweiten Bond-MOS-Transistor120b unter Verwendung eines Gate-Signals auf dem zweiten Bond-Gate-Signalpfad128b . Die Schutzschaltung110 steuert den dritten Bond-MOS-Transistor120c unter Verwendung eines Gate-Signals auf dem dritten Bond-Gate-Signalpfad128c . Bei einer Ausführungsform steuert die Schutzschaltung110 den Haupt-MOS-Transistor118 unter Verwendung eines Gate-Signals auf dem Haupt-Gate-Signalpfad126 . Bei Normalbetrieb legt die Schutzschaltung110 eine erste Spannung auf den Bond-Gate-Signalpfaden128a –128c und dem Haupt-Gate-Signalpfad125 an, um die Bond-MOS-Transistoren120a –120c und den Haupt-MOS-Transistor118 einzuschalten. Während eines Kurzschluss- oder eines anderen Überlastzustands legt die Schutzschaltung110 eine zweite Spannung auf den Bond-Gate-Signalpfaden128a –128c an, um die Bond-MOS-Transistoren120a –120c auszuschalten. -
5 ist eine Draufsicht, die einen zuvor mit Bezug auf4 beschriebenen und dort dargestellten Leistungs-MOS-Transistors112b in einer Ausführungsform veranschaulicht. Der Haupt-MOS-Transistor118 enthält ein Haupt-Gate140 . Der erste Bond-MOS-Transistor120a enthält ein von dem Haupt-Gate140 separates erstes Gate142a , und der zweite Bond-MOS-Transistor120b enthält ein von dem Haupt-Gate140 und dem ersten Gate142a separates zweites Gate142b . Der dritte Bond-MOS-Transistor120c enthält ein von dem Haupt-Gate140 , dem ersten Gate142a und dem zweiten Gate142b separates drittes Gate142c . Der Haupt-MOS-Transistor118 und die Bond-MOS-Transistoren120a –120c teilen sich gemeinsame Source- und Drainkontakte. Bei einer Ausführungsform ist der aktive Bereich des Haupt-MOS-Transistors118 größer als die aktiven Bereiche der Bond-MOS-Transistoren120a –120c . Der aktive Bereich des Haupt-MOS-Transistors118 befindet sich neben den aktiven Bereichen der Bond-MOS-Transistoren120a –120c . Bei einer Ausführungsform kontaktiert der aktive Bereich des Haupt-MOS-Transistors118 die aktiven Bereiche der Bond-MOS-Transistoren120a –120c . - Die erste Source-Bondleitung
144a ist an dem ersten Kontakt136a elektrisch mit den Signalpfaden138a und145 gekoppelt. Bei einer Ausführungsform befindet sich der erste Kontakt136a direkt über dem ersten Bond-MOS-Transistor120a . Die zweite Source-Bondleitung144b ist an dem zweiten Kontakt136b elektrisch mit den Signalpfaden138b und145 gekoppelt. Bei einer Ausführungsform befindet sich der zweite Kontakt136b direkt über dem zweiten Bond-MOS-Transistor120b . Die dritte Source-Bondleitung144c ist an dem dritten Kontakt136c elektrisch mit den Signalpfaden138c und145 gekoppelt. Bei einer Ausführungsform befindet sich der dritte Kontakt136c direkt über dem dritten Bond-MOS-Transistor120c . Durch Ausschalten der Bond-MOS-Transistoren120a –120c als Reaktion auf einen Kurzschluss- oder anderen Überlastzustand wird deshalb die thermomechanische Belastung an den Source-Bondleitungen144a –144c und der angrenzenden und naheliegenden Metallisierung an den Kontakten136a –136c reduziert. Mit reduzierter thermomechanischer Belastung wird die Zuverlässigkeit des Leistungs-MOS-Transistors112b für sich wiederholende Kurzschluss- oder andere Überlastbedingungen verbessert. -
6 ist ein Flussdiagramm, das eine Ausführungsform eines Verfahrens300 zum Betrieb des Leistungs-MOS-Transistors112 der intelligenten Leistungsanordnung100 veranschaulicht. Bei302 wird an dem Eingangssignalpfad102 der intelligenten Leistungsanordnung100 ein Eingangssignal empfangen, um einen intelligenten Leistungs-MOS-Transistor112 einzuschalten. Bei304 legt die Schutzschaltung110 eine geeignete Spannung an den Haupt-Gate-Signalpfad126 und den Bond-Gate-Signalpfaden128a –128c an, um den Haupt-MOS-Transistor118 und die Bond-MOS-Transistoren120a –120c einzuschalten. - Bei
306 bestimmt die Schutzschaltung110 , ob die Strom- und/oder Temperatursensorsignale in normalen Betriebsbereichen liegen. Wenn die Strom- und/oder Temperatursensorsignale in normalen Betriebsbereichen liegen, kehrt die Steuerung zu304 zurück, wo die Schutzschaltung110 den Haupt-MOS-Transistor118 und die Bond-MOS-Transistoren120a –120c im Ein-Zustand hält. Wenn die Strom- und/oder Temperatursensorsignale einen Kurzschluss- oder anderen Überlastzustand anzeigen, dann geht bei308 der Haupt-MOS-Transistor118 in einen Schutzmodus über, und die Bond-MOS-Transistoren120a –120c werden ausgeschaltet. Bei ausgeschalteten Bond-MOS-Transistoren120a –120c ist die thermomechanische Belastung an den Bondleitungen und an der angrenzenden und naheliegenden Metallisierung an Sourcekontakten neben den Bond-MOS-Transistoren120a –120c reduziert. Nachdem die Schutzschaltung110 ermittelt hat, dass der Kurzschluss- oder andere Überlastzustand korrigiert worden ist, schaltet die Schutzschaltung110 die Bond-MOS-Transistoren120a –120c wieder ein. Wenn der Kurzschluss- oder andere Überlastzustand für eine vorbestimmte Zeit andauert, schaltet die Schutzschaltung110 auch den Haupt-MOS-Transistor118 aus. - Ausführungsformen stellen Verfahren, Systeme oder integrierte Schaltungen mit einem Leistungs-MOS-Transistor mit im Vergleich zu typischen Leistungs-MOS-Transistoren verbesserter Zuverlässigkeit bei sich wiederholenden Kurzschluss- oder anderen Überlastbedingungen bereit. Die verbesserte Zuverlässigkeit wird erreicht, indem der aktive Bereich des Leistungs-MOS-Transistors dynamisch an die Lastbedingung angepasst wird. Durch dynamisches Anpassen des aktiven Bereichs des Leistungs-MOS-Transistors an die Lastbedingung werden thermomechanische Belastungen an Bondleitungen und an angrenzenden und naheliegenden Metallisierungen an Sourcekontakten reduziert.
Claims (19)
- Integrierte Schaltung, die aufweist: einen ersten Transistor (
118 ) mit einem ersten Gate und einem ersten Source; einen zweiten Transistor (120a ) mit einem zweiten Gate und einem zweiten Source; einen ersten Sourcekontakt (136a ) der über dem zweiten Transistor (120a ) angeordnet ist und der mit dem ersten Source und dem zweiten Source gekoppelt ist; und eine mit dem ersten Sourcekontakt (136a ) gekoppelte erste Bondleitung (144a ), wobei die integrierte Schaltung weiterhin eine Schaltung (110 ) aufweist, die dazu ausgebildet ist, den ersten und den zweiten Transistor (118 ,120a ) als Reaktion auf ein Eingangssignal einzuschalten, den zweiten Transistor (120a ) als Reaktion auf einen Überlastzustand auszuschalten und den ersten Transistor (118 ) bei Fortbestehen des Überlastzustandes zu einem späteren Zeitpunkt auszuschalten. - Integrierte Schaltung nach Anspruch 1, die weiterhin aufweist: einen dritten Transistor (
120b ) mit einem dritten Gate und einem dritten Source; einen zweiten Sourcekontakt (136b ) der über dem dritten Transistor (120b ) angeordnet ist und der mit dem ersten Source, dem zweiten Source und dem dritten Source gekoppelt ist; und eine mit dem zweiten Sourcekontakt (136b ) gekoppelte zweite Bondleitung (144b ). - Integrierte Schaltung nach Anspruch 2, die weiterhin aufweist: einen vierten Transistor (
120c ) mit einem vierten Gate und einem vierten Source; einen dritten Sourcekontakt (136c ), der über dem vierten Transistor (120c ) angeordnet ist und der mit dem ersten Source, dem zweiten Source, dem dritten Source und dem vierten Source gekoppelt; und eine mit dem dritten Sourcekontakt (136c ) gekoppelte dritte Bondleitung (144c ). - Integrierte Schaltung nach Anspruch 1, wobei sich ein aktiver Bereich des ersten Transistors (
118 ) neben einem aktiven Bereich des zweiten Transistors (120a ) befindet. - Integrierte Schaltung nach Anspruch 1, wobei ein aktiver Bereich des ersten Transistors (
118 ) lateral einen aktiven Bereich des zweiten Transistors (120a ) umgibt. - Integrierte Schaltung nach Anspruch 1, wobei ein aktiver Bereich des ersten Transistors (
118 ) größer als ein aktiver Bereich des zweiten Transistors (120a ) ist. - System, das aufweist: einen Leistungs-Metalloxidhalbleiter-(MOS-)Transistor zum Schalten einer Last; und eine Schutzschaltung (
110 ) zum Erfassen eines Überlastzustands des Leistungs-MOS-Transistors; wobei der Leistungs-MOS-Transistor aufweist: einen ersten MOS-Transistor (118 ) mit einem ersten Gate, einem ersten Source und einem ersten Drain; einen zweiten MOS-Transistor (120a ) mit einem zweiten Gate, einem zweiten Source und einem zweiten Drain, wobei das zweite Drain mit dem ersten Drain gekoppelt ist; und einen ersten Sourcekontakt (136a ) zum Koppeln einer Bondleitung über dem zweiten MOS-Transistor (120a ), wobei der erste Sourcekontakt (136a ) mit dem ersten Source und dem zweiten Source gekoppelt ist; wobei die Schutzschaltung (100 ) dazu ausgebildet ist, den ersten MOS-Transistor (118 ) und den zweiten MOS-Transistor (120a ) als Reaktion auf ein Eingangssignal einzuschalten, den zweiten MOS-Transistor (120a ) als Reaktion auf einen Überlastzustand auszuschalten und den ersten MOS-Transistor (118 ) bei Fortbestehen des Überlastzustandes zu einem späteren Zeitpunkt auszuschalten. - System nach Anspruch 7, das weiterhin aufweist: eine mit dem ersten Sourcekontakt (
136a ) gekoppelte erste Bondleitung (144a ). - System nach Anspruch 7, wobei der Leistungs-MOS-Transistor ferner weiterhin aufweist: einen dritten MOS-Transistor (
120b ) mit einem dritten Gate, einem dritten Source und einem dritten Drain, wobei der dritte Drain mit dem ersten Drain und dem zweiten Drain gekoppelt ist; und einen zweiten Sourcekontakt (136b ) über dem dritten MOS-Transistor (120b ), wobei der zweite Sourcekontakt (136b ) mit dem ersten Source, dem zweiten Source und dem dritten Source gekoppelt ist; wobei die Schutzschaltung (110 ) weiterhin dazu ausgebildet ist, den dritten MOS-Transistor (118 ) als Reaktion auf das Eingangssignal einzuschalten und den dritten MOS-Transistor (120b ) als Reaktion auf den Überlastzustand auszuschalten. - System nach Anspruch 9, das weiterhin aufweist: eine mit dem ersten Sourcekontakt (
136a ) gekoppelte erste Bondleitung (144a ); und eine mit dem zweiten Sourcekontakt gekoppelte zweite Bondleitung. - System nach Anspruch 9, wobei der Leistungs-MOS-Transistor weiterhin aufweist: einen vierten MOS-Transistor (
120c ) mit einem vierten Gate, einem vierten Source und einem vierten Drain, wobei das vierte Drain mit dem ersten Drain, dem zweiten Drain und dem dritten Drain gekoppelt ist; und einen dritten Sourcekontakt (136c ) über dem vierten MOS-Transistor (120c ), wobei der dritte Sourcekontakt (136c ) mit dem ersten Source, dem zweiten Source, dem dritten Source und dem vierten Source gekoppelt ist; wobei die Schutzschaltung (110 ) dazu ausgebildet ist, den vierten MOS-Transistor (120c ) als Reaktion auf das Eingangssignal einzuschalten und den vierten MOS-Transistor (120c ) als Reaktion auf das Erfassen des Überlastzustands auszuschalten. - System nach Anspruch 11, das weiterhin aufweist: eine mit dem ersten Sourcekontakt (
136a ) gekoppelte erste Bondleitung (144a ); eine mit dem zweiten Sourcekontakt (136b ) gekoppelte zweite Bondleitung (144b ); und eine mit dem dritten Sourcekontakt (136c ) gekoppelte dritte Bondleitung (144c ). - Verfahren zum Schalten einer Last, wobei das Verfahren aufweist: Bereitstellen eines ersten Transistors (
118 ) mit einem ersten Gate und einem ersten Source; Bereitstellen eines zweiten Transistors (120a ) mit einem zweiten Gate und einem zweiten Source; Bereitstellen eines ersten Sourcekontakts (136a ), der über dem zweiten Transistor (120a ) angeordnet und mit dem ersten Source und dem zweiten Source gekoppelt ist; Bereitstellen einer mit dem ersten Sourcekontakt (136a ) gekoppelten ersten Bondleitung (144a ); Einschalten des ersten Transistors (118 ) und des zweiten Transistors (120a ), um eine mit dem ersten Transistor (118 ) und dem zweiten Transistor (120a ) gekoppelte Last einzuschalten; Ausschalten des zweiten Transistors (120a ) als Reaktion auf die Erfassung eines Überlastzustands; und Ausschalten des ersten Transistors (118 ) zu einem späteren Zeitpunkt bei Fortbestehen des Überlastzustands. - Verfahren nach Anspruch 13, das weiterhin aufweist: Bereitstellen eines dritten Transistors (
120b ) mit einem dritten Gate und einem dritten Source, wobei der dritte Transistor mit der Last gekoppelt ist; Bereitstellen eines zweiten Sourcekontakts (136b ) der über dem dritten Transistor (120b ) angeordnet ist und der mit dem ersten Source, dem zweiten Source und dem dritten Source gekoppelt ist; Bereitstellen einer mit dem zweiten Sourcekontakt (136b ) gekoppelten zweiten Bondleitung (144b ); Einschalten des dritten Transistors (120b ) beim Einschalten des ersten und des zweiten Transistors, um die Last einzuschalten; und Ausschalten des dritten Transistors (120b ) als Reaktion auf die Erfassung des Überlastzustands. - Verfahren nach Anspruch 14, das weiterhin aufweist: Bereitstellen eines vierten Transistors (
120c ) mit einem vierten Gate und einem vierten Source, wobei der vierte Transistor (120c ) mit der Last gekoppelt ist; Bereitstellen eines dritten Sourcekontakts (136c ), der über dem vierten Transistor (120c ) angeordnet und mit dem ersten Source, dem zweiten Source, dem dritten Source und dem vierten Source gekoppelt; Bereitstellen einer mit dem dritten Sourcekontakt (136c ) gekoppelten dritten Bondleitung (144c ); Einschalten des vierten Transistors (120c ) beim Einschalten des ersten, zweiten und dritten Transistors, um die Last einzuschalten; und Ausschalten des vierten Transistors (120c ) als Reaktion auf die Erfassung des Überlastzustands. - Verfahren nach Anspruch 15, das weiterhin aufweist: Überwachen eines Stroms durch den ersten und den zweiten Transistor (
118 ,120a ) zur Erfassung des Überlastzustands. - Verfahren nach Anspruch 15, das weiterhin aufweist: Überwachen einer Temperatur des ersten und zweiten Transistors (
118 ,120a ) zum Erfassen eines Übertemperaturzustands; und Ausschalten des zweiten Transistors (120a ) als Reaktion auf einen Übertemperaturzustand. - Verfahren zum Schalten einer Last, wobei das Verfahren aufweist: Einschalten eines Haupt-Metalloxidhalbleiter-(MOS-)Transistors (
118 ) mit einem ersten Source und einem ersten Drain; Einschalten eines Bond-MOS-Transistors (120a ) mit einem mit dem ersten Source gekoppelten zweiten Source und einem mit dem ersten Drain gekoppelten zweiten Drain; Überwachen eines Stroms zwischen dem ersten Source und dem ersten Drain, um einen Überlastzustand zu erfassen; und Verringern der thermomechanischen Belastung an einer Bondleitung, die an einen Sourcekontakt, der über dem Bond-MOS-Transistor (120a ) angeordnet ist, gekoppelt ist, und an einer angrenzenden und naheliegenden Metallisierung, die die Bondleitung mit dem ersten Source und dem zweiten Source koppelt, durch Ausschalten des Bond-MOS-Transistors (118 ,120a ) als Reaktion auf den Überlastzustand; und Ausschalten des Haupt-Metalloxidhalbleiter-(MOS-)Transistors (118 ) zu einem späteren Zeitpunkt bei Fortbestehen des Überlastzustands. - Verfahren nach Anspruch 18, das aufweist: Wiedereinschalten des Bond-MOS-Transistor (
118 ,120a ) als Reaktion auf das Korrigieren des Überlastzustands.
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