DE102016015712A1 - Half bridge circuit and clip wire pack - Google Patents

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DE102016015712A1
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clip
switch
voltage
wire
inductance
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German (de)
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Josef Höglauer
Gerhard Nöbauer
Ralf Otremba
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Infineon Technologies Austria AG
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Infineon Technologies Austria AG
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Abstract

Halbbrückenschaltung (100), umfassend einen Eingangsanschluss (102) zum Liefern einer elektrischen Eingabe, einen Ausgangsanschluss (104) zum Liefern einer elektrischen Ausgabe an eine mit dem Ausgangsanschluss (104) zu verbindende Last, einen Schalter (106) und eine Diode (108) zwischen dem Eingangsanschluss (102) und dem Ausgangsanschluss (104) sowie eine Spannungsbegrenzungsinduktivität (110), die zwischen dem Schalter (106) und der Diode (108) angeordnet und zum Begrenzen einer Spannung bei Schalten des Schalters konfiguriert ist.A half-bridge circuit (100) comprising an input terminal (102) for providing an electrical input, an output terminal (104) for providing an electrical output to a load to be connected to the output terminal (104), a switch (106), and a diode (108) between the input terminal (102) and the output terminal (104); and a voltage limiting inductor (110) disposed between the switch (106) and the diode (108) and configured to limit a voltage upon switching of the switch.

Description

Hintergrund der ErfindungBackground of the invention

Gebiet der ErfindungField of the invention

Die vorliegende Erfindung betrifft eine Halbbrückenschaltung, ein Verfahren zum Betreiben einer Halbbrückenschaltung und eine Packung.The present invention relates to a half-bridge circuit, a method of operating a half-bridge circuit and a package.

Beschreibung des Standes der TechnikDescription of the Prior Art

Bei einem Abwärtswandler (Abspannungswandler) handelt es sich um einen DC/DC-Leistungswandler, der eine Spannung von seinem Eingang (Versorgung) zu seinem Ausgang (Last) abspannt (während der Strom heraufgesetzt wird). Er enthält typischerweise mindestens zwei Halbleiter (eine Diode und einen Transistor, obwohl moderne Abwärtswandler häufig die Diode durch einen zweiten Transistor ersetzen, der für eine synchrone Gleichrichtung verwendet wird) und mindestens ein Energiespeicherelement (wie beispielsweise einen Kondensator, eine Spule oder die zwei in Kombination). Um eine Spannungswelligkeit zu verringern, können aus Kondensatoren (manchmal in Kombination mit Spulen) aufgebaute Filter einem Ausgang (lastseitiges Filter) und Eingang (versorgungsseitiges Filter) solch eines Wandlers hinzugefügt werden.A buck converter is a DC / DC power converter that decouples a voltage from its input (supply) to its output (load) while the current is being boosted. It typically includes at least two semiconductors (one diode and one transistor, although modern down-converters often replace the diode with a second transistor used for synchronous rectification) and at least one energy storage element (such as a capacitor, coil, or the two in combination ). To reduce voltage ripple, capacitors constructed from capacitors (sometimes in combination with coils) may be added to an output (load side filter) and input (supply side filter) of such a converter.

Das Anforderungsprofil von synchronen Hochleistungsabwärtswandlern verlangt einen hohen Wandlungswirkungsgrad über den gesamten Lastbereich. Um dies zu erzielen, müssen verschiedene Maßnahmen ergriffen werden, um ein ordnungsgemäßes Verhalten zu erreichen. Als eine der Anforderungen für einen angemessenen Wirkungsgrad müssen die FETs so schnell wie möglich geschaltet werden. Ein äußerst schnelles Schalten kann jedoch zu Spannungsüberschwingen führen, die außerhalb des sicheren Betriebsbereichs der Vorrichtung liegen können, d. h. die Vorrichtung kann in eine Lawine eintreten.The requirement profile of high performance synchronous buck converters requires high conversion efficiency over the entire load range. To achieve this, various measures must be taken to achieve proper behavior. As one of the requirements for adequate efficiency, the FETs must be switched as fast as possible. However, extremely fast switching can lead to voltage overshoot that may be outside the safe operating range of the device, i. H. the device can enter an avalanche.

Zusammenfassung der ErfindungSummary of the invention

Es kann ein Bedarf an einer Halbbrückenschaltung und einer Packung mit einer angemessenen Leistung und einer hohen Zuverlässigkeit während des Betriebs bestehen.There may be a need for a half-bridge circuit and package with adequate performance and high reliability during operation.

Gemäß einem Ausführungsbeispiel wird eine Halbbrückenschaltung bereitgestellt, die einen Eingangsanschluss zum Liefern einer elektrischen Eingabe (wie beispielsweise einer Eingangsspannung), einen Ausgangsanschluss zum Liefern einer elektrischen Ausgabe (wie beispielsweise eines Ausgangsstroms) (zum Beispiel für eine mit dem Ausgangsanschluss zu verbindenden Last), einen Schalter und eine Diode zwischen dem Eingangsanschluss und dem Ausgangsanschluss sowie eine Spannungsbegrenzungsinduktivität umfasst, die zwischen dem Schalter und der Diode gestaltet (insbesondere dimensioniert) und angeordnet ist, und zum Begrenzen einer Spannung bei Schalten des Schalters konfiguriert ist (insbesondere bei Schalten des Schalters von einen „Ein”-Zustand in einen „Aus”-Zustand).According to an embodiment, there is provided a half-bridge circuit having an input terminal for providing an electrical input (such as an input voltage), an output terminal for providing an electrical output (such as an output current) (for example, a load to be connected to the output terminal) Switch and a diode between the input terminal and the output terminal and a Spannungsbegrenzungsinduktivität that between the switch and the diode designed (in particular dimensioned) and arranged, and is configured to limit a voltage when switching the switch (in particular when switching the switch of a "On" state to an "off" state).

Gemäß einem weiteren Ausführungsbeispiel wird ein Verfahren zum Betreiben einer Halbbrückenschaltung bereitgestellt, wobei das Verfahren ein Liefern einer elektrischen Eingabe an einen Eingangsanschluss, Erzeugen einer elektrischen Ausgabe durch einen Schalter und eine Diode zwischen dem Eingangsanschluss und einem Ausgangsanschluss, an den eine Last angeschlossen ist, und Begrenzen einer bei Schalten des Schalters auftretenden Spannung durch eine Spannungsbegrenzungsinduktivität, die zwischen dem Schalter und der Diode angeordnet ist, umfasst.According to another embodiment, there is provided a method of operating a half-bridge circuit, the method comprising providing an electrical input to an input terminal, generating an electrical output by a switch and a diode between the input terminal and an output terminal to which a load is connected, and Limiting a voltage occurring when the switch is switched by a voltage limiting inductance, which is arranged between the switch and the diode.

Gemäß noch einem weiteren Ausführungsbeispiel wird eine Packung bereitgestellt, die einen packenden Clip und einen Draht umfasst, wobei der Draht mit dem Clip verbunden ist (insbesondere mit einer oberen Hauptoberfläche des Clips verbunden ist).According to yet another embodiment, a package is provided that includes a gripping clip and a wire, wherein the wire is connected to the clip (in particular, connected to an upper major surface of the clip).

Gemäß einem bestimmten Aspekt von Ausführungsbeispielen ist eine Spannungsbegrenzungsinduktivität zwischen einem Schalter und einer Diode einer Halbbrückenschaltung so gestaltet, dass im Falle dessen, dass der Schalter während des Betriebs der Halbbrückenschaltung (insbesondere wenn der Schalter ausgeschaltet ist) schnell geschaltet wird, ein Spannungsüberschwingen, das beim Stand der Technik den Schalter bis zu seiner oder sogar über seine Durchbruchspannung bringt, ausreichend klein gehalten werden kann, sodass die Funktionalität der Halbbrückenschaltung nicht gestört wird. Insbesondere kann die Gestaltung derart sein, dass das Spannungsüberschwingen bei Schalten des Schalters so klein gehalten werden kann, dass es immer zuverlässig unter der Durchbruchspannung bleibt. Spezifischer kann die Gestaltung der Spannungsbegrenzungsinduktivität derart sein, dass die Überschwingspannung zuverlässig unter der Durchbruchspannung begrenzt wird und gleichzeitig eine Leistung der Halbbrückenschaltung nicht übermäßig begrenzt.According to a particular aspect of embodiments, a voltage limiting inductance between a switch and a diode of a half-bridge circuit is designed such that in the event that the switch is rapidly switched during operation of the half-bridge circuit (particularly when the switch is turned off) a voltage overshoot occurs State of the art brings the switch to its or even about its breakdown voltage can be kept sufficiently small, so that the functionality of the half-bridge circuit is not disturbed. In particular, the design may be such that the voltage overshoot when switching the switch can be kept so small that it always remains reliably below the breakdown voltage. More specifically, the design of the voltage limiting inductance may be such that the overshoot voltage is reliably limited below the breakdown voltage and at the same time does not unduly limit a performance of the half-bridge circuit.

Gemäß einem weiteren Aspekt von Ausführungsbeispielen kann ein elektrisch leitfähiger Clip, der beim Stand der Technik verwendet wird, um einen Halbleiterchip auf einer Montagebasis, wie beispielsweise einem Leadframe, direkt elektrisch zu kontaktieren, direkt mit einem oder mehreren elektrisch leitfähigen Drähten verbunden sein, die einen zugeordneten Oberflächenabschnitt des Clips innerhalb eines elektronischen Elements, zum Beispiel mit einem Halbleiterchip einer entsprechenden Packung, elektrisch koppeln können. Somit kann die Funktionalität eines Clips so erweitert werden, dass sie zusätzlich zur direkten, elektrischen Kopplungsfunktion des Clips zu einem bonddrahtgestützten, elektrischen Koppeln beitragen kann. Solch eine Architektur erlaubt es, Platz zu sparen, und stellt für einen Schaltungsgestalter ein hohes Maß an Flexibilität bereit.In accordance with another aspect of embodiments, an electrically conductive clip used in the prior art to directly electrically contact a semiconductor die on a submount, such as a leadframe, may be directly connected to one or more electrically conductive wires, which may be one associated surface portion of the clip within an electronic element, for example with a semiconductor chip of a corresponding package, can electrically couple. Thus, the functionality of a clip may be extended to contribute to bond wire-based electrical coupling in addition to the direct, electrical coupling function of the clip. Such an architecture allows space to be saved and provides a high degree of flexibility for a circuit designer.

Beschreibung weiterer AusführungsbeispieleDescription of further embodiments

Im Kontext der vorliegenden Anmeldung kann der Begriff „Spannungsbegrenzungsinduktivität” insbesondere eine Induktivität bezeichnen, die räumlich direkt zwischen dem Schalter und der Diode angeordnet ist. Bei solch einer Spannungsbegrenzungsinduktivität kann es sich um ein konzentriertes Element oder eine entsprechend und absichtlich definierte und gestaltete, parasitäre Induktivität in dem erwähnten räumlichen Bereich handeln.In the context of the present application, the term "voltage limiting inductance" may refer in particular to an inductance which is spatially arranged directly between the switch and the diode. Such a voltage-limiting inductance may be a lumped element or a correspondingly and intentionally defined and designed parasitic inductance in the mentioned spatial region.

Im Kontext der vorliegenden Anmeldung kann der Begriff „Clip” insbesondere eine feste, elektrisch leitfähige Struktur (insbesondere aus Kupfer aufgebaut) bezeichnen, die als ein (zum Beispiel gebogenes und/oder strukturiertes) Blech ausgeführt sein kann, und die zum Kontaktieren einer Oberfläche eines Halbleiterchips von oben konfiguriert sein kann. Eine Clipbondtechnologie stellt eine Alternative zu einer Drahtbondverbindung zwischen einem Halbleiterchip und einem Anschluss durch eine feste Metallbrücke (insbesondere eine Kupferbrücke) dar. Solch ein Clip kann durch Löten unter Verwendung von Lötpaste mit dem Halbleiterchip verbunden werden. Bei einem Clip kann es sich um eine dreidimensional gebogene Struktur handeln, die fähig ist, eine obere Hauptoberfläche eines Halbleiterchips mit einem ersten Oberflächenabschnitt des Clips zu bedecken und einen Oberflächenabschnitt eines Trägers (zum Beispiel eines Chipträgers, wie beispielsweise eines Leadframe, auf dem der Halbleiterchip montiert ist) zu bedecken, auf dem der Clip gleichzeitig gestützt wird. Mit dem Träger und dem Halbleiterchip zusammengebaut, drückt der Clip von oben auf den Halbleiterchip. Ein Clip kann einen oberen Plattenabschnitt, einen unteren Verbindungsabschnitt und einen vertikalen Übergangsabschnitt dazwischen umfassen.In the context of the present application, the term "clip" may in particular denote a solid, electrically conductive structure (in particular constructed of copper), which may be embodied as a sheet (for example bent and / or structured) and for contacting a surface of a sheet Semiconductor chips can be configured from above. A clip-bonding technology is an alternative to a wire bond between a semiconductor chip and a terminal through a solid metal bridge (especially a copper bridge). Such a clip may be connected to the semiconductor chip by soldering using solder paste. A clip may be a three-dimensional curved structure capable of covering an upper major surface of a semiconductor chip with a first surface portion of the clip and a surface portion of a carrier (eg, a chip carrier such as a leadframe on which the semiconductor chip mounted) on which the clip is simultaneously supported. Assembled with the carrier and the semiconductor chip, the clip presses from above onto the semiconductor chip. A clip may include an upper plate portion, a lower connecting portion, and a vertical transition portion therebetween.

Im Folgenden werden weitere Ausführungsbeispiele der Halbbrückenschaltung, das Verfahren und die Packung erklärt.In the following, further embodiments of the half-bridge circuit, the method and the pack will be explained.

In einer Ausführungsform ist der Schalter als Transistorschalter, insbesondere als Feldeffekttransistor-Schalter, konfiguriert. Solch ein Transistorschalter kann einen High-Side-Schalter ausbilden.In one embodiment, the switch is configured as a transistor switch, in particular as a field effect transistor switch. Such a transistor switch can form a high-side switch.

In einer Ausführungsform ist die Diode als Transistordiode, insbesondere als Feldeffekttransistor-Diode, konfiguriert. Solch eine Transistordiode kann einen Low-Side-Schalter ausbilden.In one embodiment, the diode is configured as a transistor diode, in particular as a field effect transistor diode. Such a transistor diode can form a low-side switch.

In einer Ausführungsform ist die Spannungsbegrenzungsinduktivität zwischen einem Source-Anschluss des Transistorschalters und einem Drain-Anschluss der Transistordiode angeordnet. Diese Position der Spannungsbegrenzungsinduktivität hat sich als hochwirksam zum Verringern von Überschwingen in Abwärtswandlergestaltungen auf Grundlage einer Halbbrücke erwiesen. Mit einer entsprechend positionierten Spannungsbegrenzungsinduktivität ist es möglich, unter Verwendung einer Source-Induktivität eine Rückkopplung zu erzeugen, um einen Gate-Strom zu verringern.In one embodiment, the voltage limiting inductance is arranged between a source terminal of the transistor switch and a drain terminal of the transistor diode. This position of the voltage limiting inductance has been found to be highly effective in reducing overshoot in half-bridge down converter designs. With a properly positioned voltage limiting inductance, it is possible to generate feedback using a source inductance to reduce gate current.

In einer Ausführungsform weist die Spannungsbegrenzungsinduktivität einen Induktivitätswert auf, der groß genug ist, dass die Spannung bei Schalten des Schalters unter einer Durchbruchspannung des Schalters bleibt. In einer Ausführungsform kann diese Spannung auf weniger als 30 V begrenzt sein, insbesondere ist sie auf nicht mehr als 25 V begrenzt. Durch Vornehmen dieser Maßnahme kann es verhindert werden, dass die Spannung am Schalter die Durchbruchspannung erreicht oder sogar überschreitet, was die Halbbrückenschaltung verschlechtern könnte.In one embodiment, the voltage limiting inductance has an inductance value that is large enough that the voltage when the switch is switched remains below a breakdown voltage of the switch. In one embodiment, this voltage may be limited to less than 30V, in particular it is limited to not more than 25V. By doing this, it can be prevented that the voltage at the switch reaches or even exceeds the breakdown voltage, which may deteriorate the half-bridge circuit.

In einer Ausführungsform weist die Spannungsbegrenzungsinduktivität einen Induktivitätswert von mindestens 50 pH, insbesondere von mindestens 80 pH, weiter insbesondere von mindestens 100 pH. Wenn es sich bei der Spannungsbegrenzungsinduktivität um eine parasitäre Induktivität anstatt eines konzentrierten Elements handelt, kann eine Verbindung zwischen dem Source-Anschluss des Schalters und dem Drain-Anschluss der Diode so definiert sein, dass die erwähnten Werte der Induktivität erreicht werden. Zum Beispiel kann dies erreicht werden, indem die Verbindung zwischen dem Source-Anschluss des Schalters und dem Drain-Anschluss der Diode durch eine Clip konfiguriert ist.In one embodiment, the voltage-limiting inductance has an inductance value of at least 50 pH, in particular of at least 80 pH, more particularly of at least 100 pH. When the voltage limiting inductance is a parasitic inductance rather than a lumped element, a connection between the source terminal of the switch and the drain terminal of the diode may be defined to achieve the mentioned values of inductance. For example, this can be achieved by configuring the connection between the source terminal of the switch and the drain terminal of the diode through a clip.

In einer Ausführungsform umfasst die Halbbrücke eine Schleife zwischen dem Eingangsanschluss und dem Ausgangsanschluss und sowohl den Schalter als auch die Diode einschließend. Eine angemessene Gestaltung dieser Schleife hat sich als eine wirksame Maßnahme zum Unterdrücken von Spannungsüberschwingen während des Schaltens der Halbbrücke erwiesen.In one embodiment, the half-bridge includes a loop between the input terminal and the output terminal and including both the switch and the diode. Proper design of this loop has proven to be an effective measure for suppressing voltage overshoot during switching of the half-bridge.

In einer Ausführungsform beträgt ein Induktivitätswert der Spannungsbegrenzungsinduktivität mindestens 20%, insbesondere liegt er in einem Bereich zwischen 20% und 70%, von einer Schleifeninduktivität der Schleife. Ein Prozentsatz von ungefähr 20% hat sich als besonders wirksam für eine ausreichende Verringerung von Spannungsüberschwingen während des Schaltens erwiesen. Ein Prozentsatz von unter 70% hat sich als besonders vorteilhaft erwiesen, da dann eine durch die Spannungsbegrenzungsinduktivität verursachte, leichte Verringerung des Wandlungswirkungsgrades der Halbbrücke sehr klein gehalten werden kann.In one embodiment, an inductance value of the voltage limiting inductance is at least 20%, in particular in a range between 20% and 70%, of a loop inductance of the loop. A percentage of approximately 20% has been found to be particularly effective for sufficiently reducing voltage overshoot during switching. A percentage of below 70% has been found to be particularly advantageous because then a slight reduction in the conversion efficiency of the half-bridge caused by the voltage limiting inductance can be kept very small.

In einer Ausführungsform liegt ein Induktivitätswert einer Gate-Induktivität des Transistorschalters unter 1 nH, insbesondere beträgt er nicht mehr als 500 pH. Während sich eine relativ hohe Spannungsbegrenzungsinduktivität als vorteilhaft erwiesen hat, um ein Überschwingen zu unterdrücken, kann dieser Effekt weiter verstärkt werden, indem gleichzeitig die Gate-Induktivität des Schalters ausreichend niedrig gehalten wird.In one embodiment, an inductance value of a gate inductance of the transistor switch is below 1 nH, in particular it is not more than 500 pH. While a relatively high voltage limiting inductance has been found to be beneficial in suppressing overshoot, this effect can be further enhanced by simultaneously keeping the gate inductance of the switch sufficiently low.

In einer Ausführungsform ist die Halbbrückenschaltung zum Bypassen der Spannungsbegrenzungsinduktivität unter einer bestimmten Bedingung oder in einem bestimmten Betriebszustand der Halbbrückenschaltung konfiguriert. Zum Beispiel kann solch ein Bypassen erfolgen, wenn der Schalter von einem „Aus”-Zustand in einen „Ein”-Zustand geschaltet wird, wobei in einem solchen Fall Überschwingprobleme verglichen mit einem Schalten des Schalters von einen „Ein”-Zustand in einen „Aus”-Zustand weniger schwerwiegend sind. Eine weitere Gelegenheit zum Aktivieren des Bypassens stellt das Ereignis eines Feststellens dar, dass ein Wert eines elektrischen Stroms in der Halbbrückenschaltung unter einem vordefinierten Schwellenwert liegt, insbesondere unter 20 A liegt. Wie vorstehend erwähnt, kann das Einfügen der Spannungsbegrenzungsinduktivität den Wandlungswirkungsgrad der Halbbrücke etwas verschlechtern. Um diese leichte Verringerung des Wirkungsgrades auf Fälle zu beschränken, in denen das Vorhandensein einer ausreichend hohen Spannungsbegrenzungsinduktivität notwendig ist (insbesondere in einem Bereich eines hohen Stroms), kann die Spannungsbegrenzungsinduktivität aus dem Stromfließpfad entfernt werden, wenn ein Überschwingschutz nicht notwendig oder nicht gewünscht ist (insbesondere in einem Bereich eines niedrigen Stroms).In one embodiment, the half-bridge circuit is configured to bypass the voltage-limiting inductance under a particular condition or operating state of the half-bridge circuit. For example, such a bypass may occur when the switch is switched from an "off" state to an "on" state, in which case overshoot problems as compared to switching the switch from an "on" state to a "on" state. Out of "condition are less severe. Another opportunity for enabling bypass is the event of detecting that a value of electrical current in the half-bridge circuit is below a predefined threshold, in particular below 20A. As mentioned above, the insertion of the voltage limiting inductance may slightly degrade the conversion efficiency of the half-bridge. In order to limit this slight reduction in efficiency to cases where the presence of a sufficiently high voltage limiting inductance is necessary (especially in a high current range), the voltage limiting inductance can be removed from the current flow path if overshoot protection is not necessary or not desired ( especially in a region of low current).

In einer Ausführungsform ist die Halbbrückenschaltung als eine Halbleiterpackung konfiguriert. Im Kontext der vorliegenden Anmeldung kann der Begriff „Packung” insbesondere mindestens einen mindestens teilweise gekapselten oder oberflächenmontierten Halbleiterchip mit mindestens einem externen, elektrischen Kontakt (wie beispielsweise einem Pad) bezeichnen. Der Halbleiterchip kann mindestens ein integriertes Schaltungselement (beispielsweise eine Diode oder einen Transistor) in einem Oberflächenabschnitt davon umfassen. Bei dem Halbleiterchip kann es sich um ein nacktes Die handeln, oder er kann bereits gepackt oder gekapselt sein. Solch ein Halbleiterchip kann in das Innere des Kapselungsmittels eingebettet oder darauf oberflächenmontiert sein.In one embodiment, the half-bridge circuit is configured as a semiconductor package. In the context of the present application, the term "package" may in particular designate at least one at least partially encapsulated or surface-mounted semiconductor chip having at least one external, electrical contact (such as a pad, for example). The semiconductor chip may include at least one integrated circuit element (eg, a diode or a transistor) in a surface portion thereof. The semiconductor chip may be a bare die, or it may already be packed or encapsulated. Such a semiconductor chip may be embedded in or surface-mounted on the interior of the encapsulant.

In einer Ausführungsform gehören der Schalter und die Diode zu einer gemeinsamen Packung. Insbesondere können der Schalter und die Diode auf derselben Montagebasis, insbesondere auf demselben Leadframe, montiert sein. Es ist auch möglich, dass der Schalter und die Diode durch einen überbrückenden Clip elektrisch miteinander verbunden sind.In one embodiment, the switch and diode belong to a common package. In particular, the switch and the diode can be mounted on the same mounting base, in particular on the same leadframe. It is also possible that the switch and the diode are electrically connected to each other by a bridging clip.

In einer Ausführungsform ist die Halbbrückenschaltung als Abwärtswandlerschaltung konfiguriert. Zusätzlich zu einer Halbbrückenschaltung (die abwechselnd geschaltete Transistoren aufweisen kann) kann eine Wandlerschaltung zudem ein oder mehrere weitere, elektronische Elemente aufweisen (insbesondere mindestens ein zusätzliches passives, elektronisches Element).In one embodiment, the half-bridge circuit is configured as a buck converter circuit. In addition to a half-bridge circuit (which may have alternately connected transistors), a converter circuit may additionally have one or more further electronic elements (in particular at least one additional passive electronic element).

In einer Ausführungsform umfasst die Halbbrückenschaltung ferner einen Clip, die zum Koppeln des Schalters mit der Diode konfiguriert ist. Solch ein Clip kann aus einem metallischen Blech, wie beispielsweise einem Kupferblech, aufgebaut sein. Clipkoppeln anstelle von Koppeln nur durch Bonddrähte hat sich als ein leistungsstarker Mechanismus zum Anpassen der Spannungsbegrenzungsinduktivität erwiesen, um einen Überschwingschutz bereitzustellen.In one embodiment, the half-bridge circuit further includes a clip configured to couple the switch to the diode. Such a clip may be constructed from a metallic sheet such as a copper sheet. Clip coupling rather than just bond wires coupling has proven to be a powerful mechanism for adjusting the voltage limiting inductance to provide overshoot protection.

In einer Ausführungsform bildet mindestens ein Teil der Spannungsbegrenzungsinduktivität mindestens einen Teil des Clips aus. Die Clip kann weitere Abschnitte aufweisen, ein bestimmter Clipabschnitt kann jedoch den Wert der Spannungsbegrenzungsinduktivität durch Bilden einer Brücke von dem Source-Anschluss des Schalters zu dem Drain-Anschluss der Diode definieren. Als Alternative zu einer Clipsektion oder zum gesamten Clip ist es möglich, dass die Spannungsbegrenzungsinduktivität durch einen oder mehrere Drähte ausgebildet wird.In one embodiment, at least a portion of the voltage limiting inductor forms at least a portion of the clip. The clip may have further sections, however, a particular clip section may define the value of the voltage limiting inductance by forming a bridge from the source terminal of the switch to the drain terminal of the diode. As an alternative to a clip section or to the entire clip, it is possible for the voltage limiting inductance to be formed by one or more wires.

In einer Ausführungsform ist der Schalter als ein erster Halbleiterchip konfiguriert, die Diode ist als ein zweiter Halbleiterchip konfiguriert, und der Clip bedeckt mindestens einen Teil des ersten Halbleiterchips und des zweiten Halbleiterchips. Bei einem Halbleiterchip kann es sich um ein Halbleiterstück (wie beispielsweise ein Siliziumstück) mit einer aktiven Region handeln, in der ein oder mehrere integrierte Schaltungselemente (wie beispielsweise ein Transistor oder eine Diode) monolithisch ausgebildet sein können.In one embodiment, the switch is configured as a first semiconductor chip, the diode is configured as a second semiconductor chip, and the clip covers at least a portion of the first semiconductor chip and the second semiconductor chip. A semiconductor die may be a die (such as a piece of silicon) having an active region in which one or more integrated circuit elements (such as a transistor or a diode) may be monolithic.

In einer Ausführungsform umfasst die Halbbrückenschaltung ferner mindestens einen Draht, der eine Lücke zwischen dem Clip und einem Halbleiterchip, insbesondere einem Treiber der Halbbrückenschaltung, überbrückt. Somit stellt die Kombination von einem oder mehreren Bonddrähten und einem oder mehreren Clips einem Schaltungsgestalter leistungsstarke Werkzeuge zum Gestalten der Spannungsbegrenzungsinduktivität und weiterer Schaltungseigenschaften bereit.In one embodiment, the half-bridge circuit further comprises at least one wire having a gap between the clip and a Semiconductor chip, in particular a driver of the half-bridge circuit, bridged. Thus, the combination of one or more bond wires and one or more clips provides powerful circuitry to a circuit designer for shaping the voltage limiting inductance and other circuit characteristics.

In einer Ausführungsform umfasst der Clip eine erste Sektion, insbesondere eine plattenartige Sektion, die einen Laststrom führt, und umfasst eine zweite Sektion, insbesondere eine fingerartige Sektion, die elektrisch mit der ersten Sektion verbunden ist, aber während des Betriebs der Halbbrückenschaltung den Laststrom nicht führt. In anderen Worten kann ein Hauptbereich des Clips so angeordnet sein, dass der Hauptstrom über den Hauptbereich fließen kann. Abgesehen davon kann ein Finger des Clips so angeordnet und dimensioniert sein, dass verhindert wird, dass er eine signifikante Menge des Laststroms führt. Zum Beispiel kann es nur einem Gate-Ladestrom möglich sein, über den Fingerabschnitt zu fließen. Es ist möglich, dass sich solch ein Fingerabschnitt nicht auf einem Source-Potenzial des Schalters befindet.In one embodiment, the clip comprises a first section, in particular a plate-like section, which carries a load current, and comprises a second section, in particular a finger-like section, which is electrically connected to the first section but does not conduct the load current during operation of the half-bridge circuit , In other words, a main area of the clip may be arranged so that the main flow can flow over the main area. Apart from that, a finger of the clip may be arranged and dimensioned to prevent it from carrying a significant amount of the load current. For example, only one gate charge current may be allowed to flow across the finger portion. It is possible that such a finger portion is not at a source potential of the switch.

In einer Ausführungsform umfasst die Halbbrückenschaltung des Weiteren einen energiedissipierenden Ohm'schen Widerstand in Serie mit dem Schalter. Solch ein energiedissipierender Ohm'scher Widerstand kann mit dem Schalter und mit der Diode, wie in 10 gezeigt, verbunden sein (siehe Bezugsziffer Ross_Q1). Solch ein energiedissipierender Ohm'scher Widerstand kann überschüssige Energie dissipieren, die während des Schaltens auftritt, und kann daher zu einer Begrenzung von Spannungsüberschwingen beitragen.In one embodiment, the half-bridge circuit further includes an energy-dissipating ohmic resistor in series with the switch. Such an energy dissipating ohmic resistor can be used with the switch and with the diode as in 10 be connected (see reference number Ross_Q1). Such an energy dissipating ohmic resistor can dissipate excess energy that occurs during switching, and thus can contribute to limiting overshoots in voltage.

In einer Ausführungsform umfasst die Halbbrückenschaltung des Weiteren einen ladeunterdrückenden Ohm'schen Widerstand parallel zum Schalter. Solch ein ladeunterdrückender Ohm'scher Widerstand kann mit dem Schalter und mit der Diode, wie in 10 gezeigt, verbunden sein (siehe Bezugsziffer R_chan). Solch ein ladeunterdrückender Ohm'scher Widerstand kann das Schalten verlangsamen und daher ebenfalls zu einer Begrenzung von Spannungsüberschwingen beitragen. In einer Ausführungsform handelt es sich bei diesem Widerstand nicht um ein physisch vorhandenes Element, sondern er wird erzeugt, indem der MOSFET-Kanal leicht offen gehalten wird, um einen Stromfluss zu erlauben. Zum Beispiel kann ein ladeunterdrückender Ohm'scher Widerstandspfad bereitgestellt werden.In one embodiment, the half-bridge circuit further includes a load-suppressing ohmic resistor in parallel with the switch. Such a load-suppressing ohmic resistor can be connected to the switch and to the diode as in 10 be connected (see reference R_chan). Such a charge suppressing ohmic resistor can slow the switching and therefore also contribute to limiting overshoot. In one embodiment, this resistor is not a physical element, but is created by slightly holding the MOSFET channel open to allow current flow. For example, a charge suppressing ohmic resistance path may be provided.

In einer Ausführungsform ist die Halbbrückenschaltung so konfiguriert, dass sich bei „Ein”-Schalten des Schalters und bei „Aus”-Schalten des Schalters die Spannungsbegrenzungsinduktivität immer innerhalb eines Stromfließpfades befindet. Solch eine Ausführungsform ist in 5 gezeigt und kann für eine Gestaltung geeignet sein, die MOSFETS mit einer niedrigen Durchbruchspannung einbezieht.In one embodiment, the half-bridge circuit is configured such that when the switch is turned "on" and the switch "off", the voltage limiting inductance is always within a current flow path. Such an embodiment is in 5 and may be suitable for a design incorporating MOSFETs with a low breakdown voltage.

In einer weiteren Ausführungsform ist die Halbbrückenschaltung so konfiguriert, dass sich bei „Ein”-Schalten des Schalters die Spannungsbegrenzungsinduktivität außerhalb eines Stromfließpfades befindet und sich bei „Aus”-Schalten des Schalters die Spannungsbegrenzungsinduktivität innerhalb des Stromfließpfades befindet. Solch eine Ausführungsform ist in 6 gezeigt und kann geeignet sein, wenn eine maximale Leistung gewünscht wird, da es diese Ausführungsform in der weniger kritischen Konfiguration „Schalter Ein” erlaubt, dass die Halbbrückenschaltung ohne den Einfluss der Spannungsbegrenzungsinduktivität arbeitet.In another embodiment, the half-bridge circuit is configured such that when the switch is "on", the voltage limiting inductor is outside a current flow path and when the switch is "off", the voltage limiting inductance is within the current flow path. Such an embodiment is in 6 and may be suitable where maximum power is desired because this embodiment in the less critical "switch on" configuration allows the half-bridge circuit to operate without the influence of the voltage limiting inductance.

In einer Ausführungsform ist die Spannungsbegrenzungsinduktivität als ein induktives Rückkopplungselement konfiguriert, das zum Begrenzen eines Gate-Stroms des Schalters im Falle eines sich schnell ändernden elektrischen Stroms in der Halbbrückenschaltung konfiguriert ist. Auf Grundlage dieses Prinzips kann ein Spannungsüberschwingen insbesondere bei Ausschalten des Schalters wirksam unterdrückt werden. Dies kann zu einer zuverlässiger arbeitenden Halbbrückenschaltung führen.In one embodiment, the voltage limiting inductor is configured as an inductive feedback element configured to limit a gate current of the switch in the event of a rapidly changing electrical current in the half-bridge circuit. Based on this principle, a voltage overshoot can be effectively suppressed, particularly when the switch is turned off. This can lead to a more reliable half-bridge circuit.

In einer Ausführungsform umfasst die Packung mit der Draht-auf-Clip-Konfiguration ferner mindestens einen Halbleiterchip. Letzterer Halbleiterchip kann über den Draht elektrisch mit der Clip gekoppelt sein. Ein bestimmtes Ende des Drahtes kann auf einer oberen Hauptoberfläche des Clips festgesetzt sein, wohingegen das andere Ende des Drahtes auf einem Pad des Halbleiterchips festgesetzt sein kann.In an embodiment, the package with the wire-on-clip configuration further comprises at least one semiconductor chip. The latter semiconductor chip can be electrically coupled to the clip via the wire. A certain end of the wire may be set on an upper major surface of the clip, whereas the other end of the wire may be fixed on a pad of the semiconductor chip.

In einer Ausführungsform ist mindestens ein weiterer Halbleiterchip direkt (d. h. ohne Draht) mit dem Clip elektrisch gekoppelt. Somit kann die Packung mehrere Halbleiterchips umfassen, wobei ein bestimmter Teil davon direkt mit dem Clip gekoppelt sein kann, wohingegen ein anderer Teil davon über den Draht indirekt mit dem Clip gekoppelt sein kann. Ein direktes Koppeln zwischen dem Clip und dem Halbleiterchip kann durch Löten erreicht werden.In one embodiment, at least one further semiconductor die is electrically coupled (i.e., without wire) to the clip. Thus, the package may include a plurality of semiconductor chips, a certain portion of which may be coupled directly to the clip, while another portion thereof may be indirectly coupled to the clip via the wire. Direct coupling between the clip and the semiconductor chip can be achieved by soldering.

In einer Ausführungsform handelt es sich bei dem Draht um einen Bonddraht. Somit kann eine Drahtbond-Clip-Hybridkopplung in einer Halbleiterpackung erreicht werden. Dies erhöht die Gestaltungsfreiheit eines Schaltungsgestalters.In one embodiment, the wire is a bonding wire. Thus, wirebond clip hybrid coupling in a semiconductor package can be achieved. This increases the freedom of design of a circuit designer.

In einer Ausführungsform umfasst der Clip eine plattenartige Sektion und mindestens eine Fingersektion, die mit der plattenartigen Sektion einstückig ausgebildet ist. Daher können durch eine rein geometrische Gestaltung unterschiedlichen Clipsektionen unterschiedliche Funktionen zugewiesen werden. Zum Beispiel kann die Tatsache, dass ein elektrischer Strom vorzugsweise entlang eines Pfades mit geringen Ohm'schen Widerstand fließt, zum Definieren von stromreichen und stromarmen Abschnitten des Clips verwendet werden.In one embodiment, the clip comprises a plate-like section and at least one finger section formed integrally with the plate-like section. Therefore, a purely geometric design can be different Clip sections are assigned different functions. For example, the fact that an electrical current preferably flows along a path of low ohmic resistance may be used to define low-current and low-current portions of the clip.

In einer Ausführungsform handelt es sich bei der mindestens einen Fingersektion um eine überhängende Struktur. Solch eine überhängende Struktur kann entweder in Hinsicht auf eine Montagebasis (wie beispielsweise einen Leadframe) in einer Kragträgerweise frei beabstandet hängen oder kann durch ein Stützelement (wie beispielsweise einen Stützständer) zum Verhindern unerwünschten Durchbiegens des überhängenden Fingers gestützt sein (zum Beispiel, wenn während eines Verbindens eines Bonddrahtes mit dem Finger eine Kraft ausgeübt wird).In one embodiment, the at least one finger section is an overhanging structure. Such an overhanging structure may either hang freely in a cantilever manner with respect to a mounting base (such as a leadframe) or may be supported by a support member (such as a support post) to prevent unwanted flexing of the overhanging finger (e.g. Connecting a bonding wire with the finger a force is applied).

In einer Ausführungsform umfasst die Packung einen Träger, insbesondere einen Leadframe, auf dem der Clip montiert ist. Der Träger kann eine Montagebasis ausbilden, auf welcher der eine oder die mehreren Halbleiterchips montiert sind. Der Clip und der mindestens eine Draht sind auf den Halbleiterchips angeordnet und stellen das elektrische Kontaktieren von einer oberen Oberflächenseite aus bereit.In one embodiment, the package comprises a carrier, in particular a leadframe, on which the clip is mounted. The carrier may form a mounting base on which the one or more semiconductor chips are mounted. The clip and the at least one wire are disposed on the semiconductor chips and provide electrical contact from an upper surface side.

In einer Ausführungsform ist mindestens ein Teil des Clips mit einem Überzug bedeckt, insbesondere einem Überzug, der mindestens eines aus der Gruppe bestehend aus Silber, Gold, Palladium, Nickel und Nickel-Phosphor umfasst. Üblicherweise kann ein Clip aus Kupfer aufgebaut sein. Kupfer neigt jedoch dazu, auf einer Oberfläche zu oxidieren. Um eine zuverlässige elektrische Verbindung mit einem Draht herzustellen, kann es daher notwendig sein, eine oxidierte, obere Oberfläche des Clips vor einem Drahtbonden zu reinigen oder chemisch zu behandeln, um die Oberflächenschicht aus Kupferoxid zu entfernen. Wenn der Kupferclip jedoch mit einem Überzug (oder irgendeiner anderen Beschichtung) bedeckt ist, die nicht dazu neigt, zu oxidieren (eine Bedingung, die für die vorstehend gegebenen Beispiele von Überzugmaterialien erfüllt ist), kann ein Drahtbonden auf solch einem Überzug direkt und ohne Vorbehandlung ausgeführt werden.In one embodiment, at least a portion of the clip is covered with a coating, particularly a coating comprising at least one of the group consisting of silver, gold, palladium, nickel and nickel-phosphorus. Usually, a clip can be made of copper. Copper, however, tends to oxidize on a surface. Therefore, to make a reliable electrical connection to a wire, it may be necessary to clean or chemically treat an oxidized top surface of the clip prior to wire bonding to remove the surface layer of copper oxide. However, when the copper clip is covered with a coating (or any other coating) that does not tend to oxidize (a condition that is met for the examples of coating materials given above), wire bonding may be applied to such a coating directly and without pretreatment be executed.

In einer Ausführungsform umfasst der Draht mindestens ein Material aus der Gruppe bestehend aus Silber, Aluminium, Gold und Kupfer. Allerdings sind auch andere Materialien möglich.In an embodiment, the wire comprises at least one of the group consisting of silver, aluminum, gold, and copper. However, other materials are possible.

In einer Ausführungsform umfasst der Draht mindestens eines aus der Gruppe bestehend aus einer Kugel, einem Keil und einem Band. Eine Kugel und ein Keil können Endabschnitte eines Bonddrahtes definieren. Abgesehen von einem fadenartigen Bonddraht, der wie ein Garn geformt ist, ist es auch möglich, einen bandartigen Bonddraht zu implementieren, der aus einem flachen Streifen elektrisch leitfähigen Materials aufgebaut ist.In one embodiment, the wire comprises at least one of the group consisting of a ball, a wedge and a band. A ball and a wedge may define end portions of a bonding wire. Apart from a thread-like bonding wire shaped like a yarn, it is also possible to implement a ribbon-type bonding wire constructed of a flat strip of electrically conductive material.

In einer Ausführungsform ist die Packung als eines konfiguriert aus der Gruppe bestehend aus einer DC/DC-Wandlungspackung (wie beispielsweise einem Abwärtswandler) und einer Motorantriebspackung. Zum Beispiel kann eine Halbbrücke mit einem Treiber für eine Motorsteuerung bereitgestellt werden.In one embodiment, the package is configured as one of the group consisting of a DC / DC conversion package (such as a buck converter) and a motor drive package. For example, a half-bridge may be provided with a driver for motor control.

Die vorstehenden und weitere Aufgaben, Merkmale und Vorteile der vorliegenden Erfindung werden anhand der folgenden Beschreibung und der angehängten Ansprüche in Verbindung mit den begleitenden Zeichnungen ersichtlich, in denen gleiche Teile oder Elemente mit gleichen Bezugsziffern bezeichnet sind.The above and other objects, features and advantages of the present invention will become apparent from the following description and the appended claims, taken in conjunction with the accompanying drawings, in which like parts or elements are denoted by like reference characters.

Kurze Beschreibung der ZeichnungenBrief description of the drawings

Die begleitenden Zeichnungen, die eingeschlossen sind, um ein tiefergehendes Verständnis von Ausführungsbeispielen der Erfindung bereitzustellen, und die einen Teil der Patentschrift darstellen, veranschaulichen Ausführungsbeispiele der Erfindung.The accompanying drawings, which are included to provide a more thorough understanding of embodiments of the invention and which form a part of the specification, illustrate embodiments of the invention.

In den Zeichnungen:In the drawings:

1 veranschaulicht einen Schaltplan eines Abwärtswandlers mit einer Halbbrücke gemäß einem Ausführungsbeispiel. 1 FIG. 12 illustrates a circuit diagram of a buck converter with a half-bridge according to one embodiment. FIG.

2 ist ein Diagramm, das einen Wandlungswirkungsgrad einer Halbbrücke nach dem Stand der Technik und einer Halbbrücke gemäß einem Ausführungsbeispiel abhängig von einem Strom veranschaulicht. 2 FIG. 12 is a diagram illustrating a conversion efficiency of a prior art half-bridge and a half-bridge according to an embodiment in accordance with a current. FIG.

3 ein ist Diagramm, das eine Maximalspannung von unterschiedlichen Transistoren einer Halbbrücke gemäß einem Ausführungsbeispiel abhängig von einem Strom veranschaulicht. 3 1 is a diagram illustrating a maximum voltage of different transistors of a half-bridge according to one embodiment, depending on a current.

4 veranschaulicht gemäß einem Ausführungsbeispiel eine dreidimensionale Ansicht einer Packung eines Abwärtswandlers mit einer Halbbrücke, die einen bonddrahtverbundenen Clip einbezieht. 4 1 illustrates, in accordance with one embodiment, a three-dimensional view of a pack of a down converter having a half-bridge incorporating a bond wire-bonded clip.

veranschaulichen 5 und 6 gemäß einem Ausführungsbeispiel Draufsichten von Packungen eines Abwärtswandlers mit einer Halbbrücke, die einen bonddrahtverbundenen Clip einbezieht.illustrate 5 and 6 In one embodiment, plan views of packages of a buck converter with a half bridge incorporating a bond wire connected clip.

7 und 8 veranschaulichen Schaltpläne eines Abwärtswandlers mit einer Halbbrücke. 7 and 8th illustrate schematics of a buck converter with a half-bridge.

9 ist ein Diagramm, das eine Maximalspannung von unterschiedlichen Transistoren der Halbbrücke gemäß 7 und 8 veranschaulicht. 9 FIG. 15 is a diagram showing a maximum voltage of different transistors of the half-bridge according to FIG 7 and 8th illustrated.

10 veranschaulicht einen Schaltplan eines Abwärtswandlers mit einer Halbbrücke und einschließlich Elementen (insbesondere R_chan, Ross_Q1), die in der Halbbrückenschaltung gemäß 1 implementiert sein können. 10 FIG. 12 illustrates a circuit diagram of a buck converter with a half-bridge and including elements (in particular R_chan, Ross_Q1) which are used in the half-bridge circuit according to FIG 1 can be implemented.

11 ist ein Diagramm, das eine Maximalspannung und einen Wirkungsgrad der Halbbrücke gemäß 10 abhängig von einem Widerstandswert veranschaulicht. 11 is a diagram showing a maximum voltage and an efficiency of the half-bridge according to 10 depending on a resistance value illustrated.

12 ist ein Diagramm, das eine Maximalspannung von unterschiedlichen Transistoren der Halbbrücke gemäß 10 abhängig von einem Strom veranschaulicht. 12 FIG. 15 is a diagram showing a maximum voltage of different transistors of the half-bridge according to FIG 10 depending on a current illustrated.

13 ist ein Diagramm, das einen Wirkungsgrad der Halbbrücke gemäß 10 abhängig von einem Strom veranschaulicht. 13 is a diagram showing an efficiency of the half-bridge according to 10 depending on a current illustrated.

14 ist ein Diagramm, das eine Maximalspannung des Schaltertransistors der Halbbrücke gemäß 10 abhängig von einem Strom und in unterschiedlichen Konfigurationen veranschaulicht. 14 FIG. 15 is a diagram showing a maximum voltage of the switch transistor of the half-bridge according to FIG 10 depending on a current and illustrated in different configurations.

15 veranschaulicht gemäß einem Ausführungsbeispiel eine Draufsicht einer Packung eines Abwärtswandlers mit einer Halbbrücke, die einen bonddrahtverbundenen Clip einbezieht. 15 FIG. 12 illustrates, in accordance with one embodiment, a plan view of a pack of a down converter having a half bridge incorporating a bond wire connected clip. FIG.

Detaillierte Beschreibung von AusführungsbeispielenDetailed description of embodiments

Die Veranschaulichung in der Zeichnung ist schematisch und nicht maßstabsgetreu.The illustration in the drawing is schematic and not to scale.

Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung implementiert ein induktives Rückkopplungselement in einer integrierten Leistungsstufe, das den Gate-Strom im Falle einer schnellen Änderung eines Stroms im Zeitverlauf verringern kann. Insbesondere in Kombination mit einer niedrig induktiven Gate-Schaltung kann dies die maximale Source-Drain-Spannung (VDS) über dem Schalter auf einen gewünschten Wert begrenzen. Somit stellt es einen Hauptpunkt eines Ausführungsbeispiels dar, eine Source-Induktivität aktiv zu gestalten, zum Beispiel durch eine oder mehrere zusätzliche Anschlüsse (z. B. einen zusätzlichen Finger eines Clips, entsprechend angepasste Bonddrähte im Falle von Drahtbonden usw.). Ein Erzeugen einer geeigneten Source-Induktivität kann auch auf dem Clip selbst erfolgen, um den notwendigen Spannungsabfall zu erzeugen. Auch Drahtbonden von Gate- zu Source-Pad oder zu einem Leadframe kann möglich sein, um die beschriebenen technischen Funktionen zu verwirklichen.An embodiment of the invention implements an inductive feedback element in an integrated power stage that can reduce gate current in the event of a rapid change in current over time. In particular, in combination with a low-inductance gate circuit, this can limit the maximum source-drain voltage (VDS) across the switch to a desired value. Thus, a major point of an embodiment is to actively make a source inductance, for example, by one or more additional terminals (eg, an additional finger of a clip, correspondingly adapted bond wires in the case of wire bonding, etc.). Generating a suitable source inductance can also be done on the clip itself to generate the necessary voltage drop. Also wire bonding from gate to source pad or to a leadframe may be possible to realize the described technical functions.

Gemäß Ausführungsbeispielen ist eine Mehrfachfinger-Clipgestaltung implementiert, um das Potenzial vom Drain-Anschluss der Diode zur Oberfläche des Schalters zu bringen (wobei die Länge eines entsprechenden Einschnitts den Induktivitätswert der Spannungsbegrenzungsinduktivität definiert). Solch ein zusätzlicher Clipfinger kann in mechanischem Kontakt mit einer passivierten Oberfläche stehen (um ein Drahtbonden auf dem Clip zu ermöglichen). Der Clipfinger kann in einem zugeordneten Landebereich (vom Source-Anschluss des FET isoliert) an das Die gelötet werden, und eine Verbindung mit dem Gate-Treiber (Phasendraht) kann durch Drahtbonden auf der Chipoberfläche hergestellt werden. Insbesondere kann die Source-Induktivität durch den Clip verwirklicht werden, die Verbindung vom Drain-Anschluss des umgekehrten Low-Side-FET kann jedoch durch Drahtbonden hergestellt werden.According to embodiments, a multiple finger clip design is implemented to bring the potential from the drain terminal of the diode to the surface of the switch (the length of a corresponding cut defines the inductance value of the voltage limiting inductance). Such an additional clip finger may be in mechanical contact with a passivated surface (to allow wire bonding on the clip). The clip finger may be soldered to the die in an associated land area (isolated from the source terminal of the FET), and a connection to the gate driver (phase wire) may be made by wire bonding on the chip surface. In particular, the source inductance can be realized by the clip, but the connection from the drain of the inverted low-side FET can be made by wire bonding.

Besonders vorteilhaft ist eine Gestaltung, bei der die Source-Induktivität ein Viertel oder mehr der Gesamtschleifeninduktivität beträgt.Particularly advantageous is a design in which the source inductance is a quarter or more of the Gesamtschleifeninduktivität.

In einer Ausführungsform kann die Auswirkung bei Einschalten und Ausschalten getrennt werden, falls ein Bootstrap-Kondensator mit dem Schalter verbunden ist. Es ist möglich, für das Einschalten und Ausschalten unterschiedliche Source-Induktivitätswerte zu gestalten.In one embodiment, the effect on power up and power off may be disconnected if a bootstrap capacitor is connected to the switch. It is possible to design different source inductance values for turn-on and turn-off.

In einer Ausführungsform ist es möglich, eine Source-Rückkopplung für beide Übergänge bereitzustellen, wobei sowohl der Kondensator als auch der Gate-Treiber derart miteinander verbunden sind, dass der induktive Effekt erzeugt wird. In einer weiteren Ausführungsform ist solch eine Rückkopplung nur für die Ausschaltphase bereitgestellt. In noch einer weiteren Konfiguration ist eine Rückkopplung nur für das Einschalten aktiviert (in solch einer Ausführungsform kann ein Treiber direkt mit dem FET verbunden sein).In one embodiment, it is possible to provide source feedback for both junctions, where both the capacitor and the gate driver are interconnected to produce the inductive effect. In another embodiment, such feedback is provided only for the turn-off phase. In yet another configuration, feedback is enabled only for power up (in such an embodiment, a driver may be directly connected to the FET).

Es kann vorteilhaft sein, eine schnelle Gate-Schleife zu besitzen, d. h. eine niedrige Gate-Schleifen-Induktivität für eine schnellere Antwort zu besitzen. In diesem Kontext ist es möglich, dass ein NMOS der Ausgangsstufe des High-Side-Treibers in den Schalter integriert sein kann. Es kann zudem vorteilhaft sein, eine Leistungsstufe mit integriertem NMOS im High-Side-Schalter zusammen mit der vorstehend beschriebenen Source-Rückkopplungsschleifen-Gestaltung bereitzustellen.It may be advantageous to have a fast gate loop, i. H. to have a low gate loop inductance for a faster response. In this context, it is possible that an NMOS of the output stage of the high-side driver may be integrated into the switch. It may also be advantageous to provide a power stage with integrated NMOS in the high-side switch together with the source feedback loop design described above.

Da die Rückkopplung nur für höhere Ströme (zum Beispiel bei I ≥ 20 A) benötigt wird, kann sie in einer bestimmten Ausführungsform bei niedrigeren Strömen umgangen werden, um einen optimalen Wirkungsgrad zu erreichen.Since the feedback is only needed for higher currents (for example, at I ≥ 20 A), in a particular embodiment, it can be bypassed at lower currents to achieve optimum efficiency.

Gemäß einem Ausführungsbeispiel kann eine Leistungsstufe mit zwei Anschlüssen bereitgestellt werden, wobei der Treiber den Strom ermittelt und auf Grundlage des Ergebnisses den geeigneten Anschluss verwendet, um einen Niedriglast- und Spitzenwirkungsgrad zu optimieren. According to one embodiment, a dual port power stage may be provided, wherein the driver determines the current and uses the appropriate port based on the result to optimize low load and peak efficiency.

Vor dem Beschreiben von Ausführungsbeispielen der Erfindung, die auf 1 bis 6, 15 in weiteren Details Bezug nehmen, werden einige Schwierigkeiten bei Abwärtswandlern mit Halbbrücken des Standes der Technik erklärt, wie sie durch die Erfinder der vorliegenden Erfindung ausgemacht wurden. Dann wird danach eine verbesserte oder optimierte Packungsgestaltung beschrieben, um ein Überschwingen in Abwärtswandlern gemäß Ausführungsbeispielen der Erfindung zu verringern oder zu minimieren.Before describing embodiments of the invention, based on 1 to 6 . 15 In further details, some difficulties in prior art half-bridge downconverters as explained by the inventors of the present invention are explained. Then, an improved or optimized package design will be described thereafter to reduce or minimize overshoot in buck converters in accordance with embodiments of the invention.

Eine Schwierigkeit bei Abwärtswandlern auf Grundlage von Halbbrücken liegt darin, dass ein schnelles Schalten zu Spannungsüberschwingen führen kann. Dies ist besonders für den High-Side-Schalter kritisch: Wenn der Feldeffekttransistor (FET) eingeschaltet wird, wird die im Magnetfeld der Leistungsschleife gespeicherte Energie den Strom am Fließen halten, was die Ausgangskapazität des FET aufladen wird. In einer Schaltung des Standes der Technik gibt es kein wirksames Umgehungselement, das die Energie aufnehmen könnte. Wenn die magnetische Energie EM (grob als EM = L·I2/2 gegeben, wobei L die Induktivität und I der Strom ist) größer ist als die Energie EC, die der Ausgangskondensator speichern kann (EC = C·VDS2/2, wobei C die Kapazität ist), kann die Spannung die Durchbruchspannung erreichen. Da die Induktivität nicht auf null verringert werden kann und Laststromwerte dazu neigen, nach oben zu gehen, können Lawinenfälle für hoch effiziente Abwärtswandler unvermeidbar sein.One difficulty with half-bridge downconverters is that fast switching can cause voltage overshoots. This is especially critical for the high side switch: when the field effect transistor (FET) is turned on, the energy stored in the magnetic field of the power loop will keep the current flowing, which will charge the output capacitance of the FET. In a circuit of the prior art, there is no effective bypass element that could absorb the energy. When the magnetic energy (roughly given as EM = L · I 2/2, where L is the inductance and I is current) EM is greater than the energy Ec of the output capacitor can store (EC = C · V DS 2/2, where C is the capacitance), the voltage can reach the breakdown voltage. Since the inductance can not be reduced to zero and load current values tend to go up, avalanche cases may be unavoidable for highly efficient down-converters.

Ausführungsbeispiele der Erfindung stellen eine Lösung bereit, welche die Spannungsspitzen von integrierten Abwärtswandlern (Leistungsstufen) wirksam verringert, während der Wandlungswirkungsgrad auf einem hohen Niveau gehalten wird.Embodiments of the invention provide a solution that effectively reduces the voltage spikes of integrated buck converters (power stages) while maintaining the conversion efficiency at a high level.

7 und 8 veranschaulichen Schaltpläne 200 eines Abwärtswandlers mit einer Halbbrücke. 7 and 8th illustrate schematics 200 a buck converter with a half bridge.

Zwischen einem Einlass 202 und einem Auslass 204 ist eine Anordnung eines Transistorschalters 206 und einer Transistordiode 208 bereitgestellt. Eine Einlasskapazität 214, eine Schleifeninduktivität 210 und eine Auslasskapazität 212 sind ebenfalls vorhanden. Wie 8 entnommen werden kann, fungiert der Teil des Schaltplans 200 auf der linken Seite als AC-Schleife, wohingegen der Teil des Schaltplans 200 auf der rechten Seite als DC-Schleife fungiert.Between an inlet 202 and an outlet 204 is an arrangement of a transistor switch 206 and a transistor diode 208 provided. An inlet capacity 214 , a loop inductance 210 and an outlet capacity 212 are also available. As 8th can be removed, the part of the circuit diagram acts 200 on the left as an AC loop, whereas the part of the circuit diagram 200 on the right side acts as a DC loop.

7 und 8 zeigen somit einen Schaltplan 200, in dem die zwei Feldeffekttransistoren Q1 und Q2 in einer Halbbrückenkonfiguration geschaltet sind. Sobald Q1 im Schaltplan 200 gemäß 7 ausgeschaltet ist, entspricht es dem vereinfachten Schaltplan 200 von 8. 7 and 8th thus show a circuit diagram 200 in that the two field-effect transistors Q1 and Q2 are connected in a half-bridge configuration. As soon as Q1 in the schematic 200 according to 7 is switched off, it corresponds to the simplified circuit diagram 200 from 8th ,

9 ist ein Diagramm 900, das eine Maximalspannung VDS von unterschiedlichen Transistoren der Halbbrücke gemäß 7 und 8 veranschaulicht. Entlang einer Abszisse 902 ist der Strom dargestellt. Entlang einer Ordinate 904 ist die Maximalspannung dargestellt. Somit zeigt 9, dass in dem gegebenen Beispiel die simulierte Maximalspannung über Q1 die Durchbruchspannung bei annähernd einem Laststromwert von 28 A erreicht. 9 is a diagram 900 , which measures a maximum voltage VDS of different transistors of the half-bridge 7 and 8th illustrated. Along an abscissa 902 the current is shown. Along an ordinate 904 the maximum voltage is shown. Thus shows 9 in that in the given example the simulated maximum voltage across Q1 reaches the breakdown voltage at approximately a load current value of 28A.

Es kann angenommen werden, dass der Ausgangsstromwert Iout positiv ist, Q1 ein idealer Schalter ist (d. h. die Schaltzeit null beträgt), und dass die Kapazität Coss_Q1 von Q1 aus der Schleifeninduktivität L_loop, d. h. einer Stromquelle, geladen wird.It can be assumed that the output current value Iout is positive, Q1 is an ideal switch (i.e., the switching time is zero), and that the capacitance Coss_Q1 of Q1 is derived from the loop inductance L_loop, i. H. a power source is charged.

Die in der Schleifeninduktivität L_loop gespeicherte Energie EL ist: EL = 1/2 L_loop Iout2 The energy EL stored in the loop inductance L_loop is: EL = 1/2 L_loop Iout 2

Sobald Q1 ausgeschaltet ist, bewegt sich das System zu seinem neuen Gleichgewicht. Es ist ein gedämpfter, nichtlinearer Schwingkreis, und die Energie wird in kapazitive Energie EC überführt, d. h. in die Kapazität Coss_Q1 von Q1: EC = VDS,max 0∫UdQ = VDS,max 0∫Coss_Q1 UdU Once Q1 is turned off, the system moves to its new equilibrium. It is a damped, nonlinear resonant circuit, and the energy is converted into capacitive energy EC, ie into the capacitance Coss_Q1 of Q1: EC = VDS, max 0 ∫UdQ = VDS, max 0 ∫Coss_Q1 UdU

In letzterer Gleichung handelt es sich bei U um die Spannung und bei Q um die Ladung. VDS,max wird erreicht, wenn EL vollständig in EC überführt ist, d. h. EC = EL. Wenn die Energie EL zu groß ist, wird in Q1 eine Lawine erzeugt. Wenn das System linear wäre, wäre das Überschwingen wie folgt: VDS,max = √(L_loop/Coss_Q1) Iout In the latter equation, U is the stress and Q is the charge. VDS, max is reached when EL is completely converted to EC, ie EC = EL. If the energy EL is too large, an avalanche will be generated in Q1. If the system were linear, the overshoot would be as follows: VDS, max = √ (L_loop / Coss_Q1) Iout

10 veranschaulicht einen Schaltplan 200 eines Abwärtswandlers mit einer Halbbrücke. Mehrere Elemente des Schaltplans 200 (insbesondere R_chan und/oder Ross_Q1) können auch in einer Halbbrückenschaltung 100 gemäß einem Ausführungsbeispiel der Erfindung implementiert sein. Vorzugsweise ist R_chan als der Kanalwiderstand ausgeführt, d. h. der FET ist absichtlich nicht ordnungsgemäß ausgeschaltet. 10 illustrates a circuit diagram 200 a buck converter with a half bridge. Several elements of the circuit diagram 200 (in particular R_chan and / or Ross_Q1) can also be used in a half-bridge circuit 100 be implemented according to an embodiment of the invention. Preferably, R_chan is executed as the channel resistance, ie, the FET is intentionally not properly turned off.

Strategien, um eine wiederholte Lawine in dem im Schaltplan 200 von 10 implementierten High-Side-Schalter Q1 zu vermeiden, werden im Folgenden erklärt.Strategies for a repeated avalanche in the circuit diagram 200 from 10 To avoid implemented high-side switches Q1, are explained below.

Eine bestimmte Maßnahme, die zum Verringern des Überschwingens unternommen werden kann, stellt die Verringerung der Schleifeninduktivität L_loop dar. Dies ist aufgrund anderer Schaltungsgestaltungsbeschränkungen jedoch nur in einem begrenzten Ausmaß möglich. Eine sehr niedrige Induktivität kann zu einem großen Ladestrom führen, sodass der Strom im ersten Kondensator größer als 100 A sein kann. One particular measure that can be taken to reduce overshoot is the reduction in loop inductance L_loop. However, this is possible only to a limited extent due to other circuit design limitations. A very low inductance can lead to a large charging current, so that the current in the first capacitor can be greater than 100 A.

Eine weitere Maßnahme, die zum Verringern des Überschwingens unternommen werden kann, stellt die Erhöhung der Kapazität des Schalters C_oss_Q1 dar. Eine bestimmte Möglichkeit, dies zu erreichen, ist die Verwendung eines größeren Die. Wenn das Die jedoch zu groß wird, passt es unter Umständen nicht in die Packung. Darüber hinaus bringt dieser Ansatz zusätzliches Volumen mit sich. Darüber hinaus kann sich dies negativ auf den Spitzenwirkungsgrad auswirken, kann jedoch die Volllast verbessern.Another measure that can be taken to reduce the overshoot is to increase the capacity of the switch C_oss_Q1. One way to achieve this is to use a larger die. However, if the die gets too big, it may not fit in the pack. In addition, this approach brings with it extra volume. In addition, this can negatively impact peak efficiency, but can improve full load.

Noch ein weiterer Ansatz zum Verringern der Überschwingspannung ist das Einfügen eines Serienwiderstands Ross_Q1, um die Energie zu dissipieren.Yet another approach to reducing the overshoot voltage is to insert a series resistor Ross_Q1 to dissipate the energy.

Ein weiterer Ansatz zum Verringern der Überschwingspannung besteht darin, einen Parallelwiderstand R_chan (vorzugsweise als Kanalwiderstand ausgeführt) oder einen Strompfad einzufügen, um das Aufladen der Kapazität des Schalters Coss_Q1 zu verringern. Dies hält den Kanal offen oder öffnet ihn wieder. Es verringert die Gate-Treiber-Stärke für höhere Ströme und verringert die Schwellenwertspannung auf ein langsames Ausschalten. Es ist ebenfalls möglich, eine Zenerdiode zwischen Gate und Drain zu implementieren.Another approach for reducing the overshoot voltage is to insert a shunt resistor R_chan (preferably made as a channel resistor) or a current path to reduce the charging of the capacitance of the switch Coss_Q1. This keeps the channel open or opens again. It reduces the gate driver power for higher currents and reduces the threshold voltage to a slow turn off. It is also possible to implement a zener diode between gate and drain.

Während die vorstehend erwähnten Ansätze (insbesondere die Implementierung des vorstehend beschriebenen Serienwiderstandes und/oder des vorstehend beschriebenen Parallelwiderstandes) zum Begrenzen der Überschwingspannung vorteilhaft gemäß Ausführungsbeispielen der Erfindung implementiert werden können, sind diese Ansätze auf ein bestimmtes Ausmaß begrenzt, sodass noch Spielraum zur Verbesserung hinsichtlich einer Überschwingunterdrückung vorhanden ist.While the above-mentioned approaches (particularly, the implementation of the above-described series resistor and / or the above-described parallel resistor) for limiting the overshoot voltage can be advantageously implemented according to embodiments of the invention, these approaches are limited to a certain extent, so there is still room for improvement Overshoot suppression is present.

Gemäß einem Ausführungsbeispiel und wie nachstehend in weiterem Detail beschrieben ist, ist es möglich, die Überschwingspannung wirksam zu verringern, indem unter Verwendung einer Source-Induktivität eine Rückkopplung erzeugt wird, um einen Gate-Strom zu verringern (insbesondere wenn eine kleine Gate-Schleifen-Induktivität implementiert ist).According to one embodiment, and as described in further detail below, it is possible to effectively reduce the overshoot voltage by providing feedback using a source inductance to reduce gate current (particularly, when a small gate loop is used). Inductance is implemented).

Das Verringern der Schleifeninduktivität ist durch die physischen Abmessungen und Bestückungseinschränkungen während des Zusammenbauprozesses begrenzt. Eine höhere Ausgangskapazität Coss_Q1 hilft zwar, um jedoch 60 A ohne Lawine in dem in 7 und 8 gezeigten, verwendeten, realen Beispiel zu erreichen, müsste die Ausgangskapazität vervierfacht werden, bei negativen Effekten auf die Kompaktheit, den Niedriglast- und den Spitzenwirkungsgrad.Reducing the loop inductance is limited by the physical dimensions and assembly constraints during the assembly process. A higher output capacitance Coss_Q1 helps, but 60 A without avalanche in the 7 and 8th would have to be quadrupled, with negative effects on compactness, low load and peak efficiency.

Ein Einfügen eines Widerstandes in Serie zu einem Teil der Ausgangskapazität verringert das Überschwingen, ist jedoch von begrenzter Wirkung. Im gegebenen Beispiel zeigt ein Wert von ungefähr 1 Ohm eine begrenzte Verbesserung (vergleiche nachstehend beschriebene 12). Verglichen mit einer Gestaltung mit Ross_Q1 = 0 Ohm kann der Bereich ohne Lawine von 22 A auf 30 A vergrößert werden.Inserting a resistor in series with a portion of the output capacitance reduces overshoot, but is of limited effect. In the example given, a value of about 1 ohm shows a limited improvement (see below 12 ). Compared with a design with Ross_Q1 = 0 ohms, the area without avalanche can be increased from 22 A to 30 A.

Der Nachteil für den Wirkungsgrad beträgt ungefähr 0,2%.The disadvantage for the efficiency is about 0.2%.

11 ist ein Diagramm 1100, das eine Maximalspannung und einen Wirkungsgrad der Halbbrücke gemäß 10 abhängig von einem Widerstandswert veranschaulicht. Entlang einer Abszisse 1102 ist der Wert des Widerstands Ross Q1 dargestellt. Entlang einer Ordinate 904 ist die Maximalspannung dargestellt. Entlang einer Ordinate 1104 ist der Wirkungsgrad dargestellt. 11 is a diagram 1100 , the maximum voltage and the efficiency of the half-bridge according to 10 depending on a resistance value illustrated. Along an abscissa 1102 the value of the resistance Ross Q1 is shown. Along an ordinate 904 the maximum voltage is shown. Along an ordinate 1104 the efficiency is shown.

12 ist ein Diagramm 1200, das eine Maximalspannung von unterschiedlichen Transistoren der Halbbrücke gemäß 10 abhängig von einem Strom veranschaulicht. Entlang einer Abszisse 902 ist der Strom dargestellt. Entlang einer Ordinate 904 ist die Maximalspannung dargestellt. 12 is a diagram 1200 , the maximum voltage of different transistors of the half-bridge according to 10 depending on a current illustrated. Along an abscissa 902 the current is shown. Along an ordinate 904 the maximum voltage is shown.

11 und 12 zeigen eine Verringerung des Überschwingens durch Einfügen eines Widerstandes Ross_Q1 in Serie mit einem Teil der Ausgangskapazität. 11 and 12 show a reduction in overshoot by inserting a resistor Ross_Q1 in series with a portion of the output capacitance.

13 ist ein Diagramm 1300, das einen Wirkungsgrad der Halbbrücke gemäß 10 abhängig von einem Strom veranschaulicht. Entlang einer Abszisse 902 ist der Strom dargestellt. Entlang einer Ordinate 1104 ist der Wirkungsgrad dargestellt. 13 is a diagram 1300 , the efficiency of the half-bridge according to 10 depending on a current illustrated. Along an abscissa 902 the current is shown. Along an ordinate 1104 the efficiency is shown.

14 ist ein Diagramm 1400, das eine Maximalspannung des Schaltertransistors der Halbbrücke gemäß 10 abhängig von einem Strom und in unterschiedlichen Konfigurationen veranschaulicht. Entlang einer Abszisse 902 ist der Strom dargestellt. Entlang einer Ordinate 904 ist die Maximalspannung dargestellt. 14 is a diagram 1400 , which is a maximum voltage of the switch transistor of the half-bridge according to 10 depending on a current and illustrated in different configurations. Along an abscissa 902 the current is shown. Along an ordinate 904 the maximum voltage is shown.

Ein paralleler Pfad zur Ausgangskapazität kann ausgebildet werden, indem der Kanal offen gehalten wird, um einen Teil der Energie vorbeizuleiten. In den meisten Fällen ist die Gate-Treiber-Stärke verringert, entweder im Treiber selbst oder durch Einfügen eines Gate-Widerstandes in Serie, der in den FET oder den Treiber integriert sein kann. Dies wird die Zeit verlängern, während derer der Kanal Strom leiten kann. Ein Nachteil dieses Ansatzes liegt darin, dass dies Verluste über dem gesamten Lastbereich signifikant erhöht (siehe 13 und 14).A parallel path to the output capacitance may be formed by the channel open is held to pass a portion of the energy. In most cases, the gate driver power is reduced, either in the driver itself or by inserting a gate resistor in series, which may be integrated into the FET or the driver. This will extend the time during which the channel can conduct electricity. A disadvantage of this approach is that it significantly increases losses over the entire load range (see 13 and 14 ).

13 und 14 zeigen einen Anstieg des Widerstandes im Gate-Treiber von 0,25 Ohm auf höhere Werte. Je höher der Widerstand, desto niedriger das Spannungsüberschwingen, jedoch mit dem Nachteil eines geringeren Wirkungsgrades. Die gestrichelte Linie in 13 bezieht sich auf einen intelligenten Treiber, der die Treiberstärke auf Grundlage von verfügbaren Strominformationen (zum Beispiel aus einer integrierten Stromerfassungsstruktur) anpasst, sodass er die bestmögliche Lösung darstellt, um die Spannung unter der Nenndurchbruchspannung des FET von 25 V zu halten. 13 and 14 show an increase in resistance in the gate driver of 0.25 ohms to higher values. The higher the resistance, the lower the voltage overshoot, but with the disadvantage of lower efficiency. The dashed line in 13 refers to a smart driver that adjusts the drive strength based on available current information (for example, from an integrated current sense structure), so that it is the best possible solution to keep the voltage below the rated breakdown voltage of the FET of 25V.

Die Integration einer Zenerdiode erhöht die Komplexität, verringert jedoch das Spannungsüberschwingen. Eine niedrigere Schwellenwertspannung wirkt ähnlich wie der schwächere Gate-Treiber.Integration of a Zener diode increases complexity, but reduces voltage overshoot. A lower threshold voltage acts much like the weaker gate driver.

Somit verbleibt Spielraum für eine Verbesserung hinsichtlich einer Zuverlässigkeit und eines Wirkungsgrades einer Halbbrückenschaltung. Im Folgenden werden entsprechende Verbesserungen beschrieben, die durch Ausführungsbeispiele der Erfindung bereitgestellt werden.Thus, there is room for improvement in reliability and efficiency of a half-bridge circuit. In the following, corresponding improvements will be described which are provided by embodiments of the invention.

1 veranschaulicht einen Schaltplan eines Abwärtswandlers mit einer Halbbrückenschaltung 100 gemäß einem Ausführungsbeispiel. 1 Fig. 12 illustrates a circuit diagram of a buck converter with a half-bridge circuit 100 according to an embodiment.

Der Abwärtswandler schließt die in 1 gezeigte Halbbrückenschaltung 100 ein. Die Halbbrückenschaltung 100 umfasst einen Eingangsanschluss 102 zum Liefern einer elektrischen Spannung als elektrische Eingabe, präziser einer elektrischen DC-Eingangsspannung. Diese elektrische DC-Eingangsspannung ist durch die Halbbrückenschaltung 100 in eine elektrische DC-Ausgabe umzuwandeln, wobei die elektrische Ausgabe einen größeren Strom und eine kleinere Spannung aufweist als die elektrische Eingabe. An einem Ausgangsanschluss 104 wird einer an den Ausgangsanschluss 104 anzuschließenden Last (nicht gezeigt) ein Ausgabe-Strom als elektrische Ausgabe bereitgestellt. Bei der Last kann es sich um eine beliebige elektrische Schaltung oder ein elektronisches Element handeln, die oder das die durch die Halbbrückenschaltung 100 erzeugte, elektrische Ausgabe aufnimmt oder verwendet.The buck converter closes the in 1 shown half-bridge circuit 100 one. The half-bridge circuit 100 includes an input port 102 for providing an electrical voltage as an electrical input, more precisely an electrical DC input voltage. This electrical DC input voltage is through the half-bridge circuit 100 to convert into a DC electrical output, wherein the electrical output has a larger current and a lower voltage than the electrical input. At an output terminal 104 one is connected to the output terminal 104 to be connected load (not shown) an output current provided as an electrical output. The load may be any electrical circuit or element that is through the half-bridge circuit 100 generated, electrical output picks up or used.

Ein Schalter 106 und eine Diode 108 sind zwischen dem Eingangsanschluss 102 und dem Ausgangsanschluss 104 angeschlossen. Direkt zwischen dem Schalter 106 und der Diode 108 ist eine Spannungsbegrenzungsinduktivität 110 angeordnet. Die Spannungsbegrenzungsinduktivität 110 ist zum Begrenzen eines Spannungswertes konfiguriert, der bei Schalten des Schalters 106 auftritt. Insbesondere wenn der Schalter 106 von einem „Ein”-Zustand in einen „Aus”-Zustand geschaltet wird, kann eine Überschwingspannung erzeugt werden, die beim Stand der Technik eine Durchbruchspannung eines den Schalter 100 bildenden Transistors Q1 überschreiten kann. Dies kann die Halbbrückenschaltung 100 beschädigen.A switch 106 and a diode 108 are between the input terminal 102 and the output terminal 104 connected. Directly between the switch 106 and the diode 108 is a voltage limiting inductance 110 arranged. The voltage limiting inductance 110 is configured to limit a voltage value when switching the switch 106 occurs. Especially if the switch 106 is switched from an "on" state to an "off" state, an overshoot voltage can be generated, which in the prior art is a breakdown voltage of the switch 100 forming transistor Q1 can exceed. This can be the half-bridge circuit 100 to damage.

Wie erwähnt, ist der Schalter 106 als Transistor Q1 konfiguriert und kann somit als Feldeffekttransistor-Schalter bezeichnet werden. Wie erwähnt, ist die Diode 108 als weiterer Transistor Q2 konfiguriert und kann somit als Feldeffekttransistor-Diode bezeichnet werden. Die Spannungsbegrenzungsinduktivität 110 ist zwischen einem Source-Anschluss 112 des Transistorschalters 106 und einem Drain-Anschluss 114 der Transistordiode 108 angeordnet. Sowohl der Schalter 106 als auch die Diode 108 sind innerhalb einer Schleife 116 zwischen dem Eingangsanschluss 102 und dem Ausgangsanschluss 104 angeschlossen. Die Spannungsbegrenzungsinduktivität 110 weist einen Induktivitätswert auf, der groß genug ist, um die Maximalspannung bei Schalten des Schalters 106 auf ungefähr 25 V zu begrenzen. Zu diesem Zweck ist die Spannungsbegrenzungsinduktivität 110 so festgelegt, dass sie einen Induktivitätswert von ungefähr 100 pH aufweist. Vorzugsweise beträgt der Induktivitätswert der Spannungsbegrenzungsinduktivität 110 mindestens 20% einer Schleifeninduktivität 130 der Schleife 116. Des Weiteren kann ein Induktivitätswert einer Gate-Induktivität 118 des Transistorschalters 106 sogar nur 300 pH betragen. Wie 1 entnommen werden kann, ist die Spannungsbegrenzungsinduktivität 110 als ein induktives Rückkopplungselement konfiguriert, das zum Begrenzen eines Gate-Stroms des Schalters 106 im Falle eines sich schnell ändernden, elektrischen Stroms in der Halbbrückenschaltung 100 konfiguriert ist.As mentioned, the switch 106 configured as transistor Q1, and thus may be referred to as a field effect transistor switch. As mentioned, the diode is 108 configured as another transistor Q2 and can thus be referred to as a field effect transistor diode. The voltage limiting inductance 110 is between a source port 112 of the transistor switch 106 and a drain connection 114 the transistor diode 108 arranged. Both the switch 106 as well as the diode 108 are inside a loop 116 between the input terminal 102 and the output terminal 104 connected. The voltage limiting inductance 110 has an inductance value that is large enough to be the maximum voltage when switching the switch 106 to limit to about 25V. For this purpose, the voltage limiting inductance 110 set to have an inductance value of about 100 pH. Preferably, the inductance value is the voltage limiting inductance 110 at least 20% of a loop inductance 130 the loop 116 , Furthermore, an inductance value of a gate inductance 118 of the transistor switch 106 even only 300 pH. As 1 can be taken, is the Spannungsbegrenzungsinduktivität 110 as an inductive feedback element configured to limit a gate current of the switch 106 in the case of a rapidly changing electric current in the half-bridge circuit 100 is configured.

Als Alternative zu der in 1 gezeigten Konfiguration kann die Halbbrückenschaltung 100 bei Feststellen, dass ein Wert eines elektrischen Stroms in der Halbbrückenschaltung 100 unter einem vordefinierten Schwellenwert liegt, insbesondere unter 20 A liegt, zum selektiven Bypassen der Spannungsbegrenzungsinduktivität 110 konfiguriert sein. Dies hat den Vorteil, dass die Spannungsbegrenzungsinduktivität 110, die den Wandlungswirkungsgrad der Halbbrückenschaltung 100 etwas verringert, unter Bedingungen, unter denen sie nicht nötig ist (zum Beispiel bei einem relativ geringen Laststrom), inaktiv geschaltet oder deaktiviert werden kann. Dies vereint sowohl einen zuverlässigen Schutz gegen eine Überschwingspannung sowie gegen eine unnötige Verringerung der Leistung.As an alternative to the in 1 shown configuration, the half-bridge circuit 100 upon detecting that a value of an electric current in the half-bridge circuit 100 is below a predefined threshold, in particular below 20 A, for selectively bypassing the voltage limiting inductance 110 be configured. This has the advantage that the voltage limiting inductance 110 showing the conversion efficiency of the half-bridge circuit 100 slightly reduced, under conditions where it is not necessary (for example, at a relatively low load current), inactive or can be deactivated. This combines both a reliable protection against one Overshoot voltage as well as against an unnecessary reduction of the power.

Obwohl in 1 nicht gezeigt, ist es möglich, dass die Halbbrückenschaltung 100 von 1 des Weiteren einen energiedissipierenden Ohm'schen Widerstand (siehe Bezugsziffer 170 in 10) in Serie mit dem Schalter 106 umfasst, der in einer Weise, wie in 10 gezeigt, angeordnet ist. Zusätzlich oder alternativ dazu kann die Halbbrückenschaltung 100 einen ladeunterdrückenden Ohm'schen Widerstand (siehe Bezugsziffer 172 in 10) parallel zu dem Schalter 106 umfassen, der in einer Weise, wie in 10 gezeigt, angeordnet ist. Jeder dieser zusätzlichen Widerstände 170, 172 kann ein Spannungsüberschwingen weiter verringern, das bei Schalten des Schalters 106 auftritt.Although in 1 not shown, it is possible that the half-bridge circuit 100 from 1 Furthermore, an energy dissipating ohmic resistance (see reference numeral 170 in 10 ) in series with the switch 106 includes, in a way, as in 10 shown is arranged. Additionally or alternatively, the half-bridge circuit 100 a charge suppressing ohmic resistor (see reference numeral 172 in 10 ) parallel to the switch 106 include, in a way, as in 10 shown is arranged. Each of these additional resistors 170 . 172 can further reduce voltage overshoot when switching the switch 106 occurs.

Die Eingangsspannung der Halbbrückenschaltung 100 wird über eine Eingangskapazität 140 (siehe auch Bezugsziffer C_IN) geliefert. Der Gate-Anschluss des Schalters 106 ist mit einem Pad 142 verbunden, das mit „GH” (Gate high) gekennzeichnet ist. Ein Treiber (siehe Bezugsziffer 400 in 4) kann mit dem Pad 142 verbunden sein. Ein weiteres Pad 144, das mit „Phase” gekennzeichnet ist, ist elektrisch mit der Spannungsbegrenzungsinduktivität 110, dem Drain-Anschluss 114 der Diode 108 und einer Ausgangsinduktivität 146 verbunden (wobei die letztere zum Speichern oder Puffern von Energie dient).The input voltage of the half-bridge circuit 100 will have an input capacity 140 (see also reference numeral C_IN) delivered. The gate terminal of the switch 106 is with a pad 142 connected with "GH" (Gate high). A driver (see reference numeral 400 in 4 ) can with the pad 142 be connected. Another pad 144 labeled "Phase" is electrical with the voltage limiting inductance 110 , the drain connection 114 the diode 108 and an output inductance 146 (the latter being used to store or buffer energy).

Um ein Spannungsüberschwingen während des „Aus”-Schaltens des Schalters 106 unter der Durchbruchspannung des Schalters 106 zu halten, oder um das Spannungsüberschwingen bei der Diode 108 während des „Ein”-Schaltens des Schalters 106 unter der Durchbruchspannung der Diode 108 zu halten, erzeugt die Halbbrückenschaltung 100 gemäß 1 eine Rückkopplung unter Verwendung der Source-Induktivität.To voltage overshoot during "off" switching of the switch 106 below the breakdown voltage of the switch 106 or to the voltage overshoot at the diode 108 during "on" switching of the switch 106 below the breakdown voltage of the diode 108 to hold, generates the half-bridge circuit 100 according to 1 a feedback using the source inductance.

In einer Ausführungsform handelt es sich bei der Schleifeninduktivität 130 (L_loop) nicht um ein konzentriertes Element, wie in der Schaltungsdarstellung von 1 gezeigt (alternativ dazu kann sie jedoch als ein konzentriertes Element ausgeführt sein). Im Gegensatz hierzu kann sie in der in 1 gezeigten Ausführungsform über die gesamte Schleife 116 verteilt sein. Insbesondere gibt es auch einen Induktivitätsbeitrag zwischen Q1 und Q2, d. h. der Spannungsbegrenzungsinduktivität 110, wie in 1 gezeigt.In one embodiment, the loop inductance is 130 (L_loop) is not a lumped element, as in the circuit diagram of 1 shown (alternatively, however, it may be embodied as a lumped element). In contrast, it can be found in the in 1 embodiment shown over the entire loop 116 be distributed. In particular, there is also an inductance contribution between Q1 and Q2, ie the voltage limiting inductance 110 , as in 1 shown.

Im Falle eines Übergangs gibt es einen Spannungsabfall proportional zur Änderung des Stroms I im Zeitverlauf (d. h. dl/dt), der verringern oder gar stoppen kann, dass der Gate-Strom bis zum Ende der Kommutierungsphase fließt. Falls er entsprechend gestaltet ist, wird der Kanal bei einer ziemlich hohen VDS leitfähig bleiben, was nach wie vor ein schnelles Ausschalten garantiert.In the case of a transient there is a voltage drop proportional to the change in current I over time (i.e., dl / dt), which can reduce or even stop the gate current from flowing until the end of the commutation phase. If designed accordingly, the channel will remain conductive at a fairly high VDS, still guaranteeing fast turn off.

Für das gegebene Beispiel kann ein Wert der Spannungsbegrenzungsinduktivität 110 von 100 pH das Überschwingen unter 25 V halten (vergleiche 3). Die Auswirkung auf den Wandlungswirkungsgrad ist signifikant kleiner (die Verringerung beträgt nur um 0,1%, vergleiche 2) als bei jeder anderen verfügbaren Lösung (vergleiche insbesondere die Beschreibung von 10). Selbst das Überschwingen bei der Transistordiode 108 (Q2) kann von 21 V auf ungefähr 18 V verringert werden (vergleiche 3). Dies erlaubt ein Verringern der Durchbruchspannung der FETs, was wiederum elektrische Parameter, wie den Durchlasswiderstand, verbessert.For the given example, a value of the voltage limiting inductance 110 of 100 pH, keep the overshoot below 25V (cf. 3 ). The effect on conversion efficiency is significantly smaller (the reduction is only 0.1%, cf. 2 ) than any other available solution (see in particular the description of 10 ). Even the overshoot in the transistor diode 108 (Q2) can be reduced from 21V to about 18V (see 3 ). This allows the breakdown voltage of the FETs to be reduced, which in turn improves electrical parameters such as on-resistance.

1 zeigt somit eine Halbbrückenschaltung 100 mit einer Source-Induktivität. Für die gezeigte Ausführungsform kann ein Wert der Spannungsbegrenzungsinduktivität 110 von um 100 pH das Überschwingen unter 25 V halten. 1 thus shows a half-bridge circuit 100 with a source inductance. For the embodiment shown, a value of the voltage limiting inductance 110 of 100 pH keep the overshoot below 25V.

Wenn die Gate-Schaltung schnell genug ist, stellt sich die Spannung ein auf ungefähr: VDS,max = Vin + L_loop/Ls V_plateau If the gate circuit is fast enough, the voltage will adjust to approximately: VDS, max = Vin + L_loop / Ls V_plateau

In letzterer Gleichung ist Vin die am Eingangsanschluss 102 bereitgestellte Eingangsspannung, und V_plateau ist eine Plateauspannung.In the latter equation, Vin is the one at the input port 102 provided input voltage, and V_plateau is a plateau voltage.

Für eine Wandlung eines Eingangs von 12 V auf eine niedrigere Ausgangsspannung unter Verwendung von Transistoren mit einer Nenndurchbruchspannung von 25 V oder 30 V kann die Source-Induktivität so angepasst werden, dass sie vorzugsweise etwa ein Viertel der Schleifeninduktivität beträgt. In einer bestimmten Implementierung entspricht dies einem Wert der Spannungsbegrenzungsinduktivität 110 von ungefähr 100 pH.For conversion of an input of 12V to a lower output voltage using transistors having a nominal breakdown voltage of 25V or 30V, the source inductance can be adjusted to be preferably about one quarter of the loop inductance. In a particular implementation, this corresponds to a value of the voltage limiting inductance 110 of about 100 pH.

Die Gate-Schleifen-Induktivität 118 sollte sehr niedrig sein, da die Halbbrückenschaltung 100 innerhalb einer kurzen Zeit von zum Beispiel weniger als 1 ns reagieren muss. Zudem ist eine Hybridlösung möglich, zum Beispiel die Verwendung eines integrierten CMOS in Q1.The gate loop inductance 118 should be very low, because the half-bridge circuit 100 within a short time of, for example, less than 1 ns. In addition, a hybrid solution is possible, for example the use of an integrated CMOS in Q1.

Für einen weiter verbesserten Wirkungsgrad ist es sogar möglich, die Source-Induktivität (d. h. die Spannungsbegrenzungsinduktivität 110) für eine leichte bis mittlere Last zu bypassen (zum Beispiel durch einen separaten Abgriff oder ein Pad bei einer Treiberschaltung). Des Weiteren kann der Wert des Widerstandes Ross_Q1 des Schalters 106 verringert werden.For a further improved efficiency, it is even possible to use the source inductance (ie the voltage limiting inductance 110 ) for a light to medium load (for example by a separate tap or a pad in a driver circuit). Furthermore, the value of the resistor Ross_Q1 of the switch 106 be reduced.

Falls eine bestimmte Schaltungsgestaltung mit einem notwendigen Wert Ls der Source-Induktivität inkompatibel ist, kann eine niedrigere Plateauspannung V_plateau, d. h. eine niedrigere Schwellenwertspannung, verwendet werden.If a particular circuit design with a necessary value Ls of the source Inductance is incompatible, a lower plateau voltage V_plateau, ie a lower threshold voltage can be used.

2 zeigt ein Diagramm 250, das einen Wirkungsgrad einer Halbbrücke nach dem Stand der Technik und der Halbbrücke 100 gemäß einem Ausführungsbeispiel abhängig von einem Strom veranschaulicht. Entlang einer Abszisse 252 ist der Strom dargestellt. Entlang einer Ordinate 254 ist der Wirkungsgrad dargestellt. Somit zeigt 2 den Einfluss auf den Wirkungsgrad für Ls = 100 pH im Vergleich mit keiner Source-Rückkopplung. Wie 2 entnommen werden kann, ist die Wirkungsgradverringerung aufgrund der Bereitstellung der Spannungsbegrenzungsinduktivität 110 mit einem Induktivitätswert von Ls = 100 pH äußerst klein. 2 shows a diagram 250 , the efficiency of a half-bridge according to the prior art and the half-bridge 100 illustrated in accordance with an embodiment depending on a current. Along an abscissa 252 the current is shown. Along an ordinate 254 the efficiency is shown. Thus shows 2 the effect on efficiency for Ls = 100 pH compared with no source feedback. As 2 is the efficiency reduction due to the provision of the voltage limiting inductance 110 with an inductance value of Ls = 100 pH extremely small.

3 ist ein Diagramm 300, das eine Maximalspannung der unterschiedlichen Transistoren Q1, Q2 der Halbbrücke 100 gemäß einem Ausführungsbeispiel abhängig von einem Strom veranschaulicht. Entlang einer Abszisse 252 ist der Strom dargestellt. Entlang einer Ordinate 302 ist die Maximalspannung dargestellt. 3 zeigt daher ein Überschwingen bei beiden FETs Q1 und Q2, d. h. bei dem Schalter 106 sowie bei der Diode 108. Wie 3 entnommen werden kann, ist der Wirkungsgradschutz aufgrund der Bereitstellung der Spannungsbegrenzungsinduktivität 110 mit einem Induktivitätswert von Ls = 100 pH bemerkenswert. 3 is a diagram 300 , which is a maximum voltage of the different transistors Q1, Q2 of the half-bridge 100 illustrated in accordance with an embodiment depending on a current. Along an abscissa 252 the current is shown. Along an ordinate 302 the maximum voltage is shown. 3 therefore shows an overshoot in both FETs Q1 and Q2, ie at the switch 106 as well as the diode 108 , As 3 can be taken, is the efficiency protection due to the provision of Spannungsbegrenzungsinduktivität 110 remarkable with an inductance value of Ls = 100 pH.

4 veranschaulicht gemäß einem Ausführungsbeispiel eine dreidimensionale Ansicht einer Packung 150 eines Abwärtswandlers mit einer Halbbrückenschaltung 100, die einen bonddrahtverbundenen Clip (siehe Bonddraht 154, Clip 152) einbezieht. 4 ist eine einfache Gestaltungsskizze, die eine Lösung mit Source-Rückkopplung zeigt. 4 illustrates, according to one embodiment, a three-dimensional view of a package 150 a buck converter with a half-bridge circuit 100 using a bond wire-bonded clip (see Bonding Wire 154 , Clip 152 ). 4 is a simple design sketch showing a solution with source feedback.

Vor Beschreiben der Funktionalität der Packung 150 hinsichtlich der Halbbrückenschaltung 100 gemäß 1 wird eine sehr vorteilhafte Besonderheit der Packungsgestaltung gemäß 4 beschrieben. Der Fachmann versteht, dass die beschriebene Packungsgestaltung, insbesondere die Clipgestaltung, vorteilhaft in sehr unterschiedlichen Anwendungen implementiert werden kann (zum Beispiel auch für einen Motorantrieb).Before describing the functionality of the pack 150 with regard to the half-bridge circuit 100 according to 1 becomes a very advantageous feature of the package design according to 4 described. The skilled person understands that the described package design, in particular the clip design, can advantageously be implemented in very different applications (for example also for a motor drive).

Die Halbleiterpackung 150 umfasst eine metallische Clip 152 und einen Bonddraht 154. Der Bonddraht 154 ist durch Drahtbonden direkt mit dem Clip 152 verbunden.The semiconductor package 150 Includes a metallic clip 152 and a bonding wire 154 , The bonding wire 154 is by wire bonding directly to the clip 152 connected.

Des Weiteren umfasst die Halbleiterpackung 150 drei Halbleiterchips, d. h. den Transistorschalter 106, die Transistordiode 108 (in 4 kaum sichtbar, da sie sich unter dem Clip 152 befindet) und einen Treiber 400. Die Halbleiterchips betreffend den Schalter 106 und die Diode 108 sind durch Löten elektrisch mit dem Clip 152 gekoppelt. Der Halbleiterchip betreffend den Treiber 400 ist jedoch indirekt über den Bonddraht 154 elektrisch mit dem Clip 152 gekoppelt. Mit anderen Worten überbrückt der Bonddraht 154 eine Lücke zwischen dem Clip 152 und einem Pad des Treibers 400, wie in 4 gezeigt. Insbesondere umfasst der Clip 152 eine plattenartige Sektion 160 und eine Fingersektion 162, die mit der, plattenartigen Sektion 160 einstückig ausgebildet ist. Der Bonddraht 154 ist mit der Fingersektion 162 gekoppelt (nur einen kleinen Gate-Ladestrom, jedoch keinen großen Laststrom, führend). Im Gegensatz hierzu führt die plattenartige Sektion 160 den großen Laststrom. Die Fingersektion 162 steht nicht mit dem Source-Anschluss 112 des Schalters 106 in Kontakt, d. h. befindet sich nicht auf Source-Potenzial. Der Laststrom fließt im Wesentlichen entlang der plattenartigen Sektion 160 und bildet dabei eine Brücke zwischen dem Schalter 106 und der Diode 108 (die als separate Chips ausgeführt sind).Furthermore, the semiconductor package includes 150 three semiconductor chips, ie the transistor switch 106 , the transistor diode 108 (in 4 barely visible, as they are under the clip 152 located) and a driver 400 , The semiconductor chips regarding the switch 106 and the diode 108 are by soldering electrically with the clip 152 coupled. The semiconductor chip regarding the driver 400 is however indirectly over the bonding wire 154 electrically with the clip 152 coupled. In other words, the bonding wire bridges 154 a gap between the clip 152 and a pad of the driver 400 , as in 4 shown. In particular, the clip includes 152 a plate-like section 160 and a finger section 162 that with the, plate-like section 160 is integrally formed. The bonding wire 154 is with the finger section 162 coupled (only a small gate charging current, but no large load current, leading). In contrast, the plate-like section leads 160 the big load current. The finger section 162 does not stand with the source connection 112 of the switch 106 in contact, ie is not at source potential. The load current flows substantially along the plate-like section 160 and forms a bridge between the switch 106 and the diode 108 (which are designed as separate chips).

Die Halbleiterchips (siehe Bezugsziffer 106, 108, 400) sind auf einem Träger 176 (wie beispielsweise einem Leadframe) montiert. Auch der Clip 152 ist auf dem Träger 176 montiert, erstreckt sich jedoch vertikal über die oberen Hauptoberflächen der Halbleiterchips hinaus.The semiconductor chips (see reference numeral 106 . 108 . 400 ) are on a carrier 176 (such as a leadframe) mounted. Also the clip 152 is on the carrier 176 but extends vertically beyond the upper major surfaces of the semiconductor chips.

Clips des Standes der Technik sind aus Kupfermaterial ausgebildet, das zu Oxidation neigt. Dies stellt im Stand der Technik kein Problem dar. Bei dem Clip 152 gemäß dem beschriebenen Ausführungsbeispiel der Erfindung muss jedoch eine elektrisch isolierende Oxidschicht auf dem Kupferclip 152 entfernt werden, bevor der Bonddraht 154 darauf verbunden wird, um eine angemessene elektrische Verbindung sicherzustellen. Alternativ dazu ist mindestens der Teil der Oberfläche des Clips 152, auf dem der Bonddraht 154 zu verbinden ist, mit einer Beschichtung oder einem Überzug bedeckt, die oder der nicht unter Oberflächenoxidation leidet (zum Beispiel ein Überzug mit Silber, Gold, Palladium, Nickel oder Nickel-Phosphor). Dies erlaubt es, mit der beschriebenen Draht-auf-Clip-Architektur eine zuverlässige elektrische Kopplung zu erlangen.Prior art clips are formed of copper material which tends to oxidize. This is not a problem in the prior art. In the clip 152 However, according to the described embodiment of the invention, an electrically insulating oxide layer on the copper clip 152 be removed before the bonding wire 154 is connected to ensure an adequate electrical connection. Alternatively, at least that is part of the surface of the clip 152 on which the bonding wire 154 is covered with a coating or coating which does not suffer from surface oxidation (for example, a coating of silver, gold, palladium, nickel or nickel-phosphorus). This allows a reliable electrical coupling to be achieved with the described wire-on-clip architecture.

Der Bonddraht 154 kann zum Beispiel Silber, Aluminium, Gold oder Kupfer umfassen und als Faden oder Band geformt sein.The bonding wire 154 For example, it may comprise silver, aluminum, gold or copper and may be shaped as a thread or ribbon.

Auf die Halbbrückenfunktionalität der Packung 150 von 4 zurückkommend, handelt es sich bei dem Schalter 106 und der Diode 108 um separate Halbleiterchips, sie gehören jedoch zur gemeinsamen Packung 150 von 4.On the half-bridge functionality of the package 150 from 4 Coming back, it is at the switch 106 and the diode 108 around separate semiconductor chips, but they belong to the common package 150 from 4 ,

Wie aus 4 entnommen werden kann, ist der Clip 152 zum direkten Koppeln des Schalters 106 mit der Diode 108 konfiguriert, während die plattenartige Sektion 160. Sehr vorteilhaft ist die Spannungsbegrenzungsinduktivität 110 durch den Clip 152 ausgebildet. Dies erlaubt eine flexible Gestaltung und Anpassung des Wertes der Spannungsbegrenzungsinduktivität 110 durch ein entsprechendes Formen und Dimensionieren des Clips 152. Die Halbbrückenschaltung 100 umfasst ferner den Bonddraht 154, der auch als Gate-Rückleitungs(phasen)-Draht bezeichnet werden kann, da er mit dem Pad 144 (Phase) gekoppelt ist, zusammen mit dem Clip 152 eine Brücke zwischen dem Schalter 106 und der Diode 108 in Hinsicht auf den Treiber 400 bildend. Die plattenartige Sektion 160 führt einen wesentlichen Teil eines Laststroms. Die fingerartige Sektion 162 ist integral mit der plattenartigen Sektion 160 ausgebildet und daher elektrisch mit dieser verbunden, führt jedoch während des Betriebs im Wesentlichen keinen Laststrom. Der Clip 152 erreicht eine niederohmige Verbindung zwischen den erwähnten elektronischen Elementen. 4 zeigt des Weiteren einen weiteren Bonddraht 402, der als Gate-Draht bezeichnet werden kann und zum Bereitstellen einer Verbindung mit dem Pad 142 („GH”) und zur elektrischen Brückenbildung zwischen dem Schalter 106 und dem Treiber 400 konfiguriert ist.How out 4 can be taken, is the clip 152 for direct coupling of the switch 106 with the diode 108 configured while the plate-like section 160 , Very advantageous is the voltage limiting inductance 110 through the clip 152 educated. This allows a flexible design and adaptation of the value of the voltage limiting inductance 110 by a corresponding shaping and dimensioning of the clip 152 , The half-bridge circuit 100 further includes the bonding wire 154 which can also be referred to as a gate-return (phase) wire, since it connects to the pad 144 (Phase) coupled with the clip 152 a bridge between the switch 106 and the diode 108 in terms of the driver 400 forming. The plate-like section 160 carries a substantial part of a load current. The finger-like section 162 is integral with the plate-like section 160 formed and therefore electrically connected thereto, but during operation substantially no load current. The clip 152 reaches a low-resistance connection between the mentioned electronic elements. 4 further shows another bonding wire 402 , which can be referred to as a gate wire and to provide a connection to the pad 142 ("GH") and for electrical bridging between the switch 106 and the driver 400 is configured.

Die Draht-auf-Clip-Architektur gemäß 4 stellt bei niedrigem Herstellungs- und Zusammenbauaufwand eine verbesserte Packungsleistung auf Grundlage einer vergrößerten, maximalen Clipgröße bereit. In der gezeigten Anwendung erfüllt sie die Aufgabe, dass die Gate-IC direkt mit dem Clip 152 verbunden werden kann. Allgemeiner ist die beschriebene Draht-auf-Clip-Architektur insbesondere für alle Typen von Mehrfachchipmodulen oder -packungen hoch geeignet. Die Draht-auf-Clip-Architektur ist besonders leistungsstark in Kombination mit einem speziellen Clipüberzug (zum Beispiel Ag, Au, Pd, Ni und/oder NiP), wie vorstehend beschrieben. Sie kann mit unterschiedlichen Drahtmaterialien ausgeführt werden (zum Beispiel Ag, Al, Au und/oder Cu). Drahtprozesse, die in Verbindung mit der Draht-auf-Clip-Architektur ausgeführt werden können, schließen eine Kugelbearbeitung, Keilbearbeitung und/oder eine Bandkonfiguration ein. Solch eine Draht-auf-Clip-Architektur kann universell für viele unterschiedliche Anwendungen verwendet werden, wie beispielsweise DC/DC-Wandlung und Motorantrieb. Auf Grundlage solch eines Draht-auf-Clip-Konzepts kann der Wirkungsgrad innerhalb DC/DC- oder Motoranwendungen aufgrund einer verringerten oder optimierten Packungs-/Platinen-Schleifen-Induktivität verbessert werden.The wire-on-clip architecture according to 4 provides improved packaging performance based on increased maximum clip size with low manufacturing and assembly costs. In the application shown, it performs the task of connecting the gate IC directly to the clip 152 can be connected. More generally, the described wire-on-clip architecture is particularly suitable for all types of multi-chip modules or packages. The wire-on-clip architecture is particularly powerful in combination with a special clip coating (eg Ag, Au, Pd, Ni and / or NiP) as described above. It can be made with different wire materials (for example Ag, Al, Au and / or Cu). Wire processes that may be performed in conjunction with the wire-on-clip architecture include ball machining, wedge machining, and / or tape configuration. Such a wire-on-clip architecture can be universally used for many different applications, such as DC / DC conversion and motor drive. Based on such a wire-on-clip concept, efficiency may be improved within DC / DC or motor applications due to reduced or optimized package / board loop inductance.

Um eine 100 pH-Spannungsbegrenzungsinduktivität zu gestalten, ist eine zusätzliche Verbindung möglich, um das Drain-Potenzial des Diodentransistors Q2 (in 4 durch den Clip 152 verborgen, umgedreht) zum kleineren High-Side-Schaltertransistor Q1 zu bringen. Der Clip 152 kann an ein zugeordnetes Pad gelötet sein oder nur in mechanischem Kontakt mit einer passivierten Oberfläche stehen. Die Gestaltung der Packung 150 gemäß 4 erlaubt es, einen ausreichend hohen Wert der Spannungsbegrenzungsinduktivität 110 zu erhalten.In order to design a 100 pH voltage limiting inductance, an additional connection is possible to reduce the drain potential of the diode transistor Q2 (in FIG 4 through the clip 152 hidden, inverted) to the smaller high side switch transistor Q1. The clip 152 may be soldered to an associated pad or only in mechanical contact with a passivated surface. The design of the pack 150 according to 4 allows a sufficiently high value of the voltage limiting inductance 110 to obtain.

5 veranschaulicht gemäß einem Ausführungsbeispiel eine Draufsicht einer Packung 150 eines Abwärtswandlers mit einer Halbbrücke 100, die einen bonddrahtverbundenen Clip 152 einbezieht. 5 illustrates, according to one embodiment, a plan view of a package 150 a buck converter with a half bridge 100 holding a bond wire-linked clip 152 includes.

5 zeigt eine beispielhafte Verwirklichung der vorstehend beschriebenen Source-Induktivitätsrückkopplung. Die Spannungsbegrenzungsinduktivität 110 ist sowohl für den Einschalt- als auch den Ausschaltvorgang aktiv. Der Abwärtswandler gemäß der Packung 150 von 5 ist somit so konfiguriert, dass sich bei „Ein”-Schalten des Schalters 106 und bei „Aus”-Schalten des Schalters 106 die Spannungsbegrenzungsinduktivität 110 immer innerhalb eines Stromfließpfades befindet. 5 shows an exemplary implementation of the above-described source inductance feedback. The voltage limiting inductance 110 is active for both the switch-on and switch-off process. The buck converter according to the package 150 from 5 is thus configured so that when the switch is "on" 106 and when the switch is "off" 106 the voltage limiting inductance 110 always located within a stream flow path.

Für das „Ein”-Schalten führt der Strompfad vom Anschluss „Phase” über den verbundenen Bonddraht 154 auf dem Clip 152, von dort zum Schalter 106, weiter über den Bonddraht 402 auf den Treiber 400 und von dort über einen weiteren Bonddraht 500 zum Anschluss „Boot”. Für das Ausschalten wird die Stromschleife durch den Bonddraht 402, einen Draht, der den Treiber 400 direkt mit dem Clip 152 verbindet, und die Clipverbindung mit dem Chip 106 ausgebildet. Diese Clipverbindung bildet die erforderliche Source-Induktivität 110 aus.For "on" switching, the current path leads from the "phase" terminal over the connected bonding wire 154 on the clip 152 , from there to the counter 106 , continue over the bonding wire 402 on the driver 400 and from there via another bonding wire 500 to the connection "boat". For turning off the current loop through the bonding wire 402 , a wire, the driver 400 directly with the clip 152 connects, and the clip connection with the chip 106 educated. This clip connection forms the required source inductance 110 out.

6 veranschaulicht gemäß einem Ausführungsbeispiel eine Draufsicht einer Packung 150 eines Abwärtswandlers mit einer Halbbrücke 100, die einen bonddrahtverbundenen Clip 152 einbezieht. 6 illustrates, according to one embodiment, a plan view of a package 150 a buck converter with a half bridge 100 holding a bond wire-linked clip 152 includes.

Im Gegensatz zur Packung 150 gemäß 5 ist die Packung 150 gemäß 6 so konfiguriert, dass sich bei „Ein”-Schalten des Schalters 106 die Spannungsbegrenzungsinduktivität 110 außerhalb eines Stromfließpfades befindet und sich bei „Aus”-Schalten des Schalters 106 die Spannungsbegrenzungsinduktivität 110 innerhalb des Stromfließpfades befindet. Somit zeigt 6 eine weitere Verwirklichung der Source-Induktivitätsrückkopplung. Die Source-Induktivität ist nur für das Einschalten, nicht für das Ausschalten, aktiv. Zum „Ein”-Schalten und „Aus”-Schalten sind die Strompfade gemäß 6 unterschiedlich. Für das „Ein”-Schalten: vom Anschluss „Phase” über einen verbundenen Bonddraht 600 auf den Schalter 106, weiter über den Bonddraht 402 auf den Treiber 400 und von dort über den weiteren Bonddraht 500 zum Anschluss „Boot”. Für das „Aus”-Schalten: entlang einer Schleife zwischen dem Schalter 106, dem Clip 152, dem Bonddraht 154 auf den Treiber 400 und den Bonddraht 402.In contrast to the pack 150 according to 5 is the pack 150 according to 6 configured so that when the switch turns "on" 106 the voltage limiting inductance 110 is located outside of a current flow path and "off" the switch 106 the voltage limiting inductance 110 located within the stream flow path. Thus shows 6 another implementation of the source inductance feedback. The source inductance is active only for turn-on, not turn-off. For "on" and "off" switching, the current paths are according to 6 differently. For "on" switching: from "phase" connection via a connected bonding wire 600 on the switch 106 , continue over the bonding wire 402 on the driver 400 and from there over the other bonding wire 500 to the connection "boat". For the "off" switch: along a loop between the switch 106 , the clip 152 , the bonding wire 154 on the driver 400 and the bonding wire 402 ,

15 veranschaulicht gemäß einem Ausführungsbeispiel eine Draufsicht einer Packung 150 eines Abwärtswandlers mit einer Halbbrücke 100, die einen bonddrahtverbundenen Clip 152 einbezieht. 15 illustrates, according to one embodiment, a plan view of a package 150 a buck converter with a half bridge 100 holding a bond wire-linked clip 152 includes.

Gemäß 15 handelt es sich bei der Fingersektion 162 um eine überhängende Struktur. Solch eine überhängende Struktur kann in einer Kragträgerweise frei schwebend oder durch ein Stützelement (nicht gezeigt) gestützt werden. Somit kann die vorstehend beschriebene Drahtauf-Clip-Architektur mit einem speziellen Prozessablauf kombiniert werden (zum Beispiel der gezeigten überhängenden Drahtkonfiguration).According to 15 it is the finger section 162 around an overhanging structure. Such an overhanging structure may be cantilevered in cantilever mode or supported by a support member (not shown). Thus, the wireframe clip architecture described above may be combined with a particular process flow (e.g., the overhanging wire configuration shown).

Es sollte beachtet werden, dass der Begriff „umfassend” andere Elemente oder Merkmale nicht ausschließt und der/die/das „eine” sowie deren Deklinationen die Mehrzahl nicht ausschließt. Es können auch Elemente kombiniert werden, die in Zusammenhang mit unterschiedlichen Ausführungsformen beschrieben werden. Es sollte ebenfalls beachtet werden, dass Bezugszeichen nicht als den Umfang der Ansprüche einschränkend zu betrachten sind. Darüber hinaus soll der Umfang der vorliegenden Anmeldung nicht auf die bestimmten, in der Patentschrift beschriebenen Ausführungsformen des Prozesses, der Maschine, Herstellungsweise, gegenständlichen Zusammensetzung, Mittel, Verfahren und Schritte beschränkt sein. Dementsprechend sollen die angehängten Ansprüche in ihrem Umfang solche Prozesse, Maschinen, Herstellungsweisen, gegenständliche Zusammensetzungen, Mittel, Verfahren oder Schritte einschließen.It should be noted that the term "comprising" does not exclude other elements or features and that the "one" and its declinations do not preclude the plural. It is also possible to combine elements which are described in connection with different embodiments. It should also be noted that reference numbers are not to be considered as limiting the scope of the claims. Moreover, the scope of the present application should not be limited to the particular embodiments of the process, machine, method of manufacture, subject matter, means, methods, and steps described in the specification. Accordingly, the appended claims are intended to include within their scope such processes, machines, methods of manufacture, subject matter compositions, means, methods or steps.

Claims (12)

Packung (150), umfassend: • einen Clip (152); und • einen Draht (154); • wobei der Draht (154) mit dem Clip (152) verbunden ist, wobei der Clip (152) eine plattenartige Sektion (160) und mindestens eine Fingersektion (162) umfasst, die einstückig mit der plattenartigen Sektion (160) ausgebildet ist.Pack ( 150 ), comprising: • a clip ( 152 ); and • a wire ( 154 ); • where the wire ( 154 ) with the clip ( 152 ), the clip ( 152 ) a plate-like section ( 160 ) and at least one finger section ( 162 ) integral with the plate-like section ( 160 ) is trained. Packung (150) nach Anspruch 1, ferner umfassend mindestens einen Halbleiterchip (106, 108, 400).Pack ( 150 ) according to claim 1, further comprising at least one semiconductor chip ( 106 . 108 . 400 ). Packung (150) nach Anspruch 2, wobei mindestens einer des mindestens einen Halbleiterchips (106, 108, 400) über den Draht (154) direkt elektrisch mit dem Clip (152) gekoppelt ist.Pack ( 150 ) according to claim 2, wherein at least one of the at least one semiconductor chip ( 106 . 108 . 400 ) over the wire ( 154 ) directly electrically with the clip ( 152 ) is coupled. Packung (150) nach Anspruch 2 oder 3, wobei mindestens ein anderer Halbleiterchip (106, 108, 400) direkt elektrisch mit dem Clip (152) gekoppelt ist.Pack ( 150 ) according to claim 2 or 3, wherein at least one other semiconductor chip ( 106 . 108 . 400 ) directly electrically with the clip ( 152 ) is coupled. Packung (150) nach einem der Ansprüche 1 bis 4, wobei es sich bei dem Draht (154) um einen Bonddraht (154) handelt.Pack ( 150 ) according to any one of claims 1 to 4, wherein the wire ( 154 ) around a bonding wire ( 154 ). Packung (150) nach Anspruch 1 bis 5, wobei es sich bei der mindestens einen Fingersektion (162) um eine überhängende Struktur handelt.Pack ( 150 ) according to claim 1 to 5, wherein it is in the at least one finger section ( 162 ) is an overhanging structure. Packung (150) nach einem der Ansprüche 1 bis 6, umfassend einen Träger (176), insbesondere einen Leadframe, auf dem der Clip (152) montiert ist.Pack ( 150 ) according to any one of claims 1 to 6, comprising a carrier ( 176 ), in particular a leadframe on which the clip ( 152 ) is mounted. Packung (150) nach einem der Ansprüche 1 bis 7, wobei mindestens ein Teil einer Oberfläche des Clips (152) mit einem Überzug bedeckt ist, insbesondere einem Überzug, der mindestens eines umfasst aus der Gruppe bestehend aus Silber, Gold, Palladium, Nickel und Nickel-Phosphor.Pack ( 150 ) according to one of claims 1 to 7, wherein at least a part of a surface of the clip ( 152 ) is covered with a coating, in particular a coating comprising at least one of the group consisting of silver, gold, palladium, nickel and nickel-phosphorus. Packung (150) nach einem der Ansprüche 1 bis 8, wobei der Draht (154) mindestens ein Material umfasst aus der Gruppe bestehend aus Silber, Aluminium, Gold und Kupfer.Pack ( 150 ) according to one of claims 1 to 8, wherein the wire ( 154 ) comprises at least one material selected from the group consisting of silver, aluminum, gold and copper. Packung (150) nach einem der Ansprüche 1 bis 9, wobei der Draht (154) mindestens eines umfasst aus der Gruppe bestehend aus einem Faden und einem Band.Pack ( 150 ) according to one of claims 1 to 9, wherein the wire ( 154 ) at least one of the group consisting of a thread and a band. Packung (150) nach einem der Ansprüche 1 bis 10, konfiguriert als eines aus der Gruppe bestehend aus einer DC/DC-Wandlungspackung (150) und einer Motorantriebspackung (150).Pack ( 150 ) according to one of claims 1 to 10, configured as one of the group consisting of a DC / DC conversion package ( 150 ) and a motor drive pack ( 150 ). Packung (150) nach einem der Ansprüche 1 bis 11, umfassend eine Halbbrückenschaltung (100) aufweisend: • einen Eingangsanschluss (102) zum Liefern einer elektrischen Eingabe; • einen Ausgangsanschluss (104) zum Liefern einer elektrischen Ausgabe an eine mit dem Ausgangsanschluss (104) zu verbindende Last; • einen Schalter (106) und eine Diode (108) zwischen dem Eingangsanschluss (102) und dem Ausgangsanschluss (104); und • eine Spannungsbegrenzungsinduktivität (110), die zwischen dem Schalter (106) und der Diode (108) angeordnet und zum Begrenzen einer Spannung bei Schalten des Schalters (106) konfiguriert ist.Pack ( 150 ) according to one of claims 1 to 11, comprising a half-bridge circuit ( 100 ) comprising: an input terminal ( 102 ) for providing an electrical input; • an output connector ( 104 ) for providing an electrical output to one of the output terminals ( 104 ) load to be connected; • a switch ( 106 ) and a diode ( 108 ) between the input terminal ( 102 ) and the output terminal ( 104 ); and a voltage limiting inductance ( 110 ) between the switch ( 106 ) and the diode ( 108 ) and for limiting a voltage when switching the switch ( 106 ) is configured.
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CN116913910A (en) * 2022-11-25 2023-10-20 苏州悉智科技有限公司 Power module packaging structure of laminated wiring
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