DE102017203138A1 - Schaltvorrichtung und Zündbauelement - Google Patents

Schaltvorrichtung und Zündbauelement Download PDF

Info

Publication number
DE102017203138A1
DE102017203138A1 DE102017203138.7A DE102017203138A DE102017203138A1 DE 102017203138 A1 DE102017203138 A1 DE 102017203138A1 DE 102017203138 A DE102017203138 A DE 102017203138A DE 102017203138 A1 DE102017203138 A1 DE 102017203138A1
Authority
DE
Germany
Prior art keywords
switching device
type
region
igbt
control
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Withdrawn
Application number
DE102017203138.7A
Other languages
English (en)
Inventor
Kenichi Ishii
Noriyuki HEMMI
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Fuji Electric Co Ltd
Original Assignee
Fuji Electric Co Ltd
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Fuji Electric Co Ltd filed Critical Fuji Electric Co Ltd
Publication of DE102017203138A1 publication Critical patent/DE102017203138A1/de
Withdrawn legal-status Critical Current

Links

Images

Classifications

    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F02—COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
    • F02P—IGNITION, OTHER THAN COMPRESSION IGNITION, FOR INTERNAL-COMBUSTION ENGINES; TESTING OF IGNITION TIMING IN COMPRESSION-IGNITION ENGINES
    • F02P3/00—Other installations
    • F02P3/02—Other installations having inductive energy storage, e.g. arrangements of induction coils
    • F02P3/04—Layout of circuits
    • F02P3/055—Layout of circuits with protective means to prevent damage to the circuit, e.g. semiconductor devices or the ignition coil
    • F02P3/0552—Opening or closing the primary coil circuit with semiconductor devices
    • F02P3/0554—Opening or closing the primary coil circuit with semiconductor devices using digital techniques
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L23/00—Details of semiconductor or other solid state devices
    • H01L23/48—Arrangements for conducting electric current to or from the solid state body in operation, e.g. leads, terminal arrangements ; Selection of materials therefor
    • H01L23/488—Arrangements for conducting electric current to or from the solid state body in operation, e.g. leads, terminal arrangements ; Selection of materials therefor consisting of soldered or bonded constructions
    • H01L23/495—Lead-frames or other flat leads
    • H01L23/49575—Assemblies of semiconductor devices on lead frames
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01F—MAGNETS; INDUCTANCES; TRANSFORMERS; SELECTION OF MATERIALS FOR THEIR MAGNETIC PROPERTIES
    • H01F38/00—Adaptations of transformers or inductances for specific applications or functions
    • H01F38/12—Ignition, e.g. for IC engines
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L23/00—Details of semiconductor or other solid state devices
    • H01L23/48—Arrangements for conducting electric current to or from the solid state body in operation, e.g. leads, terminal arrangements ; Selection of materials therefor
    • H01L23/488—Arrangements for conducting electric current to or from the solid state body in operation, e.g. leads, terminal arrangements ; Selection of materials therefor consisting of soldered or bonded constructions
    • H01L23/495—Lead-frames or other flat leads
    • H01L23/49541—Geometry of the lead-frame
    • H01L23/49562—Geometry of the lead-frame for devices being provided for in H01L29/00
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L27/00—Devices consisting of a plurality of semiconductor or other solid-state components formed in or on a common substrate
    • H01L27/02—Devices consisting of a plurality of semiconductor or other solid-state components formed in or on a common substrate including semiconductor components specially adapted for rectifying, oscillating, amplifying or switching and having potential barriers; including integrated passive circuit elements having potential barriers
    • H01L27/0203—Particular design considerations for integrated circuits
    • H01L27/0248—Particular design considerations for integrated circuits for electrical or thermal protection, e.g. electrostatic discharge [ESD] protection
    • H01L27/0251—Particular design considerations for integrated circuits for electrical or thermal protection, e.g. electrostatic discharge [ESD] protection for MOS devices
    • H01L27/0255—Particular design considerations for integrated circuits for electrical or thermal protection, e.g. electrostatic discharge [ESD] protection for MOS devices using diodes as protective elements
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L27/00—Devices consisting of a plurality of semiconductor or other solid-state components formed in or on a common substrate
    • H01L27/02—Devices consisting of a plurality of semiconductor or other solid-state components formed in or on a common substrate including semiconductor components specially adapted for rectifying, oscillating, amplifying or switching and having potential barriers; including integrated passive circuit elements having potential barriers
    • H01L27/0203—Particular design considerations for integrated circuits
    • H01L27/0248—Particular design considerations for integrated circuits for electrical or thermal protection, e.g. electrostatic discharge [ESD] protection
    • H01L27/0251—Particular design considerations for integrated circuits for electrical or thermal protection, e.g. electrostatic discharge [ESD] protection for MOS devices
    • H01L27/0288—Particular design considerations for integrated circuits for electrical or thermal protection, e.g. electrostatic discharge [ESD] protection for MOS devices using passive elements as protective elements, e.g. resistors, capacitors, inductors, spark-gaps
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L27/00—Devices consisting of a plurality of semiconductor or other solid-state components formed in or on a common substrate
    • H01L27/02—Devices consisting of a plurality of semiconductor or other solid-state components formed in or on a common substrate including semiconductor components specially adapted for rectifying, oscillating, amplifying or switching and having potential barriers; including integrated passive circuit elements having potential barriers
    • H01L27/0203—Particular design considerations for integrated circuits
    • H01L27/0248—Particular design considerations for integrated circuits for electrical or thermal protection, e.g. electrostatic discharge [ESD] protection
    • H01L27/0251—Particular design considerations for integrated circuits for electrical or thermal protection, e.g. electrostatic discharge [ESD] protection for MOS devices
    • H01L27/0296—Particular design considerations for integrated circuits for electrical or thermal protection, e.g. electrostatic discharge [ESD] protection for MOS devices involving a specific disposition of the protective devices
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L27/00—Devices consisting of a plurality of semiconductor or other solid-state components formed in or on a common substrate
    • H01L27/02—Devices consisting of a plurality of semiconductor or other solid-state components formed in or on a common substrate including semiconductor components specially adapted for rectifying, oscillating, amplifying or switching and having potential barriers; including integrated passive circuit elements having potential barriers
    • H01L27/04—Devices consisting of a plurality of semiconductor or other solid-state components formed in or on a common substrate including semiconductor components specially adapted for rectifying, oscillating, amplifying or switching and having potential barriers; including integrated passive circuit elements having potential barriers the substrate being a semiconductor body
    • H01L27/06—Devices consisting of a plurality of semiconductor or other solid-state components formed in or on a common substrate including semiconductor components specially adapted for rectifying, oscillating, amplifying or switching and having potential barriers; including integrated passive circuit elements having potential barriers the substrate being a semiconductor body including a plurality of individual components in a non-repetitive configuration
    • H01L27/0611—Devices consisting of a plurality of semiconductor or other solid-state components formed in or on a common substrate including semiconductor components specially adapted for rectifying, oscillating, amplifying or switching and having potential barriers; including integrated passive circuit elements having potential barriers the substrate being a semiconductor body including a plurality of individual components in a non-repetitive configuration integrated circuits having a two-dimensional layout of components without a common active region
    • H01L27/0617—Devices consisting of a plurality of semiconductor or other solid-state components formed in or on a common substrate including semiconductor components specially adapted for rectifying, oscillating, amplifying or switching and having potential barriers; including integrated passive circuit elements having potential barriers the substrate being a semiconductor body including a plurality of individual components in a non-repetitive configuration integrated circuits having a two-dimensional layout of components without a common active region comprising components of the field-effect type
    • H01L27/0623—Devices consisting of a plurality of semiconductor or other solid-state components formed in or on a common substrate including semiconductor components specially adapted for rectifying, oscillating, amplifying or switching and having potential barriers; including integrated passive circuit elements having potential barriers the substrate being a semiconductor body including a plurality of individual components in a non-repetitive configuration integrated circuits having a two-dimensional layout of components without a common active region comprising components of the field-effect type in combination with bipolar transistors
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L29/00—Semiconductor devices specially adapted for rectifying, amplifying, oscillating or switching and having potential barriers; Capacitors or resistors having potential barriers, e.g. a PN-junction depletion layer or carrier concentration layer; Details of semiconductor bodies or of electrodes thereof ; Multistep manufacturing processes therefor
    • H01L29/02—Semiconductor bodies ; Multistep manufacturing processes therefor
    • H01L29/06—Semiconductor bodies ; Multistep manufacturing processes therefor characterised by their shape; characterised by the shapes, relative sizes, or dispositions of the semiconductor regions ; characterised by the concentration or distribution of impurities within semiconductor regions
    • H01L29/0603—Semiconductor bodies ; Multistep manufacturing processes therefor characterised by their shape; characterised by the shapes, relative sizes, or dispositions of the semiconductor regions ; characterised by the concentration or distribution of impurities within semiconductor regions characterised by particular constructional design considerations, e.g. for preventing surface leakage, for controlling electric field concentration or for internal isolations regions
    • H01L29/0607—Semiconductor bodies ; Multistep manufacturing processes therefor characterised by their shape; characterised by the shapes, relative sizes, or dispositions of the semiconductor regions ; characterised by the concentration or distribution of impurities within semiconductor regions characterised by particular constructional design considerations, e.g. for preventing surface leakage, for controlling electric field concentration or for internal isolations regions for preventing surface leakage or controlling electric field concentration
    • H01L29/0611—Semiconductor bodies ; Multistep manufacturing processes therefor characterised by their shape; characterised by the shapes, relative sizes, or dispositions of the semiconductor regions ; characterised by the concentration or distribution of impurities within semiconductor regions characterised by particular constructional design considerations, e.g. for preventing surface leakage, for controlling electric field concentration or for internal isolations regions for preventing surface leakage or controlling electric field concentration for increasing or controlling the breakdown voltage of reverse biased devices
    • H01L29/0615—Semiconductor bodies ; Multistep manufacturing processes therefor characterised by their shape; characterised by the shapes, relative sizes, or dispositions of the semiconductor regions ; characterised by the concentration or distribution of impurities within semiconductor regions characterised by particular constructional design considerations, e.g. for preventing surface leakage, for controlling electric field concentration or for internal isolations regions for preventing surface leakage or controlling electric field concentration for increasing or controlling the breakdown voltage of reverse biased devices by the doping profile or the shape or the arrangement of the PN junction, or with supplementary regions, e.g. junction termination extension [JTE]
    • H01L29/0619—Semiconductor bodies ; Multistep manufacturing processes therefor characterised by their shape; characterised by the shapes, relative sizes, or dispositions of the semiconductor regions ; characterised by the concentration or distribution of impurities within semiconductor regions characterised by particular constructional design considerations, e.g. for preventing surface leakage, for controlling electric field concentration or for internal isolations regions for preventing surface leakage or controlling electric field concentration for increasing or controlling the breakdown voltage of reverse biased devices by the doping profile or the shape or the arrangement of the PN junction, or with supplementary regions, e.g. junction termination extension [JTE] with a supplementary region doped oppositely to or in rectifying contact with the semiconductor containing or contacting region, e.g. guard rings with PN or Schottky junction
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L29/00—Semiconductor devices specially adapted for rectifying, amplifying, oscillating or switching and having potential barriers; Capacitors or resistors having potential barriers, e.g. a PN-junction depletion layer or carrier concentration layer; Details of semiconductor bodies or of electrodes thereof ; Multistep manufacturing processes therefor
    • H01L29/02—Semiconductor bodies ; Multistep manufacturing processes therefor
    • H01L29/06—Semiconductor bodies ; Multistep manufacturing processes therefor characterised by their shape; characterised by the shapes, relative sizes, or dispositions of the semiconductor regions ; characterised by the concentration or distribution of impurities within semiconductor regions
    • H01L29/0603—Semiconductor bodies ; Multistep manufacturing processes therefor characterised by their shape; characterised by the shapes, relative sizes, or dispositions of the semiconductor regions ; characterised by the concentration or distribution of impurities within semiconductor regions characterised by particular constructional design considerations, e.g. for preventing surface leakage, for controlling electric field concentration or for internal isolations regions
    • H01L29/0607—Semiconductor bodies ; Multistep manufacturing processes therefor characterised by their shape; characterised by the shapes, relative sizes, or dispositions of the semiconductor regions ; characterised by the concentration or distribution of impurities within semiconductor regions characterised by particular constructional design considerations, e.g. for preventing surface leakage, for controlling electric field concentration or for internal isolations regions for preventing surface leakage or controlling electric field concentration
    • H01L29/0638—Semiconductor bodies ; Multistep manufacturing processes therefor characterised by their shape; characterised by the shapes, relative sizes, or dispositions of the semiconductor regions ; characterised by the concentration or distribution of impurities within semiconductor regions characterised by particular constructional design considerations, e.g. for preventing surface leakage, for controlling electric field concentration or for internal isolations regions for preventing surface leakage or controlling electric field concentration for preventing surface leakage due to surface inversion layer, e.g. with channel stopper
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L29/00—Semiconductor devices specially adapted for rectifying, amplifying, oscillating or switching and having potential barriers; Capacitors or resistors having potential barriers, e.g. a PN-junction depletion layer or carrier concentration layer; Details of semiconductor bodies or of electrodes thereof ; Multistep manufacturing processes therefor
    • H01L29/02—Semiconductor bodies ; Multistep manufacturing processes therefor
    • H01L29/06—Semiconductor bodies ; Multistep manufacturing processes therefor characterised by their shape; characterised by the shapes, relative sizes, or dispositions of the semiconductor regions ; characterised by the concentration or distribution of impurities within semiconductor regions
    • H01L29/08—Semiconductor bodies ; Multistep manufacturing processes therefor characterised by their shape; characterised by the shapes, relative sizes, or dispositions of the semiconductor regions ; characterised by the concentration or distribution of impurities within semiconductor regions with semiconductor regions connected to an electrode carrying current to be rectified, amplified or switched and such electrode being part of a semiconductor device which comprises three or more electrodes
    • H01L29/0804—Emitter regions of bipolar transistors
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L29/00—Semiconductor devices specially adapted for rectifying, amplifying, oscillating or switching and having potential barriers; Capacitors or resistors having potential barriers, e.g. a PN-junction depletion layer or carrier concentration layer; Details of semiconductor bodies or of electrodes thereof ; Multistep manufacturing processes therefor
    • H01L29/02—Semiconductor bodies ; Multistep manufacturing processes therefor
    • H01L29/06—Semiconductor bodies ; Multistep manufacturing processes therefor characterised by their shape; characterised by the shapes, relative sizes, or dispositions of the semiconductor regions ; characterised by the concentration or distribution of impurities within semiconductor regions
    • H01L29/10—Semiconductor bodies ; Multistep manufacturing processes therefor characterised by their shape; characterised by the shapes, relative sizes, or dispositions of the semiconductor regions ; characterised by the concentration or distribution of impurities within semiconductor regions with semiconductor regions connected to an electrode not carrying current to be rectified, amplified or switched and such electrode being part of a semiconductor device which comprises three or more electrodes
    • H01L29/1004—Base region of bipolar transistors
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L29/00—Semiconductor devices specially adapted for rectifying, amplifying, oscillating or switching and having potential barriers; Capacitors or resistors having potential barriers, e.g. a PN-junction depletion layer or carrier concentration layer; Details of semiconductor bodies or of electrodes thereof ; Multistep manufacturing processes therefor
    • H01L29/02—Semiconductor bodies ; Multistep manufacturing processes therefor
    • H01L29/06—Semiconductor bodies ; Multistep manufacturing processes therefor characterised by their shape; characterised by the shapes, relative sizes, or dispositions of the semiconductor regions ; characterised by the concentration or distribution of impurities within semiconductor regions
    • H01L29/10—Semiconductor bodies ; Multistep manufacturing processes therefor characterised by their shape; characterised by the shapes, relative sizes, or dispositions of the semiconductor regions ; characterised by the concentration or distribution of impurities within semiconductor regions with semiconductor regions connected to an electrode not carrying current to be rectified, amplified or switched and such electrode being part of a semiconductor device which comprises three or more electrodes
    • H01L29/1095—Body region, i.e. base region, of DMOS transistors or IGBTs
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L29/00—Semiconductor devices specially adapted for rectifying, amplifying, oscillating or switching and having potential barriers; Capacitors or resistors having potential barriers, e.g. a PN-junction depletion layer or carrier concentration layer; Details of semiconductor bodies or of electrodes thereof ; Multistep manufacturing processes therefor
    • H01L29/66—Types of semiconductor device ; Multistep manufacturing processes therefor
    • H01L29/68—Types of semiconductor device ; Multistep manufacturing processes therefor controllable by only the electric current supplied, or only the electric potential applied, to an electrode which does not carry the current to be rectified, amplified or switched
    • H01L29/70—Bipolar devices
    • H01L29/72—Transistor-type devices, i.e. able to continuously respond to applied control signals
    • H01L29/739—Transistor-type devices, i.e. able to continuously respond to applied control signals controlled by field-effect, e.g. bipolar static induction transistors [BSIT]
    • H01L29/7393—Insulated gate bipolar mode transistors, i.e. IGBT; IGT; COMFET
    • H01L29/7395—Vertical transistors, e.g. vertical IGBT
    • H—ELECTRICITY
    • H03—ELECTRONIC CIRCUITRY
    • H03K—PULSE TECHNIQUE
    • H03K17/00—Electronic switching or gating, i.e. not by contact-making and –breaking
    • H03K17/08—Modifications for protecting switching circuit against overcurrent or overvoltage
    • H—ELECTRICITY
    • H03—ELECTRONIC CIRCUITRY
    • H03K—PULSE TECHNIQUE
    • H03K17/00—Electronic switching or gating, i.e. not by contact-making and –breaking
    • H03K17/08—Modifications for protecting switching circuit against overcurrent or overvoltage
    • H03K17/081—Modifications for protecting switching circuit against overcurrent or overvoltage without feedback from the output circuit to the control circuit
    • H03K17/0812—Modifications for protecting switching circuit against overcurrent or overvoltage without feedback from the output circuit to the control circuit by measures taken in the control circuit
    • H03K17/08128—Modifications for protecting switching circuit against overcurrent or overvoltage without feedback from the output circuit to the control circuit by measures taken in the control circuit in composite switches
    • H—ELECTRICITY
    • H03—ELECTRONIC CIRCUITRY
    • H03K—PULSE TECHNIQUE
    • H03K17/00—Electronic switching or gating, i.e. not by contact-making and –breaking
    • H03K17/08—Modifications for protecting switching circuit against overcurrent or overvoltage
    • H03K17/082—Modifications for protecting switching circuit against overcurrent or overvoltage by feedback from the output to the control circuit
    • H03K17/0828—Modifications for protecting switching circuit against overcurrent or overvoltage by feedback from the output to the control circuit in composite switches
    • H—ELECTRICITY
    • H03—ELECTRONIC CIRCUITRY
    • H03K—PULSE TECHNIQUE
    • H03K17/00—Electronic switching or gating, i.e. not by contact-making and –breaking
    • H03K17/51—Electronic switching or gating, i.e. not by contact-making and –breaking characterised by the components used
    • H03K17/56—Electronic switching or gating, i.e. not by contact-making and –breaking characterised by the components used by the use, as active elements, of semiconductor devices
    • H03K17/567—Circuits characterised by the use of more than one type of semiconductor device, e.g. BIMOS, composite devices such as IGBT
    • H—ELECTRICITY
    • H03—ELECTRONIC CIRCUITRY
    • H03K—PULSE TECHNIQUE
    • H03K17/00—Electronic switching or gating, i.e. not by contact-making and –breaking
    • H03K17/51—Electronic switching or gating, i.e. not by contact-making and –breaking characterised by the components used
    • H03K17/56—Electronic switching or gating, i.e. not by contact-making and –breaking characterised by the components used by the use, as active elements, of semiconductor devices
    • H03K17/60—Electronic switching or gating, i.e. not by contact-making and –breaking characterised by the components used by the use, as active elements, of semiconductor devices the devices being bipolar transistors
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F02—COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
    • F02P—IGNITION, OTHER THAN COMPRESSION IGNITION, FOR INTERNAL-COMBUSTION ENGINES; TESTING OF IGNITION TIMING IN COMPRESSION-IGNITION ENGINES
    • F02P3/00—Other installations
    • F02P3/02—Other installations having inductive energy storage, e.g. arrangements of induction coils
    • F02P3/04—Layout of circuits
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L2224/00—Indexing scheme for arrangements for connecting or disconnecting semiconductor or solid-state bodies and methods related thereto as covered by H01L24/00
    • H01L2224/01—Means for bonding being attached to, or being formed on, the surface to be connected, e.g. chip-to-package, die-attach, "first-level" interconnects; Manufacturing methods related thereto
    • H01L2224/02—Bonding areas; Manufacturing methods related thereto
    • H01L2224/04—Structure, shape, material or disposition of the bonding areas prior to the connecting process
    • H01L2224/06—Structure, shape, material or disposition of the bonding areas prior to the connecting process of a plurality of bonding areas
    • H01L2224/0601—Structure
    • H01L2224/0603—Bonding areas having different sizes, e.g. different heights or widths
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L2224/00—Indexing scheme for arrangements for connecting or disconnecting semiconductor or solid-state bodies and methods related thereto as covered by H01L24/00
    • H01L2224/01—Means for bonding being attached to, or being formed on, the surface to be connected, e.g. chip-to-package, die-attach, "first-level" interconnects; Manufacturing methods related thereto
    • H01L2224/42—Wire connectors; Manufacturing methods related thereto
    • H01L2224/47—Structure, shape, material or disposition of the wire connectors after the connecting process
    • H01L2224/48—Structure, shape, material or disposition of the wire connectors after the connecting process of an individual wire connector
    • H01L2224/481—Disposition
    • H01L2224/48135—Connecting between different semiconductor or solid-state bodies, i.e. chip-to-chip
    • H01L2224/48137—Connecting between different semiconductor or solid-state bodies, i.e. chip-to-chip the bodies being arranged next to each other, e.g. on a common substrate
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L2224/00—Indexing scheme for arrangements for connecting or disconnecting semiconductor or solid-state bodies and methods related thereto as covered by H01L24/00
    • H01L2224/01—Means for bonding being attached to, or being formed on, the surface to be connected, e.g. chip-to-package, die-attach, "first-level" interconnects; Manufacturing methods related thereto
    • H01L2224/42—Wire connectors; Manufacturing methods related thereto
    • H01L2224/47—Structure, shape, material or disposition of the wire connectors after the connecting process
    • H01L2224/48—Structure, shape, material or disposition of the wire connectors after the connecting process of an individual wire connector
    • H01L2224/481—Disposition
    • H01L2224/48151—Connecting between a semiconductor or solid-state body and an item not being a semiconductor or solid-state body, e.g. chip-to-substrate, chip-to-passive
    • H01L2224/48221—Connecting between a semiconductor or solid-state body and an item not being a semiconductor or solid-state body, e.g. chip-to-substrate, chip-to-passive the body and the item being stacked
    • H01L2224/48245—Connecting between a semiconductor or solid-state body and an item not being a semiconductor or solid-state body, e.g. chip-to-substrate, chip-to-passive the body and the item being stacked the item being metallic
    • H01L2224/48247—Connecting between a semiconductor or solid-state body and an item not being a semiconductor or solid-state body, e.g. chip-to-substrate, chip-to-passive the body and the item being stacked the item being metallic connecting the wire to a bond pad of the item
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L2224/00—Indexing scheme for arrangements for connecting or disconnecting semiconductor or solid-state bodies and methods related thereto as covered by H01L24/00
    • H01L2224/01—Means for bonding being attached to, or being formed on, the surface to be connected, e.g. chip-to-package, die-attach, "first-level" interconnects; Manufacturing methods related thereto
    • H01L2224/42—Wire connectors; Manufacturing methods related thereto
    • H01L2224/47—Structure, shape, material or disposition of the wire connectors after the connecting process
    • H01L2224/49—Structure, shape, material or disposition of the wire connectors after the connecting process of a plurality of wire connectors
    • H01L2224/491—Disposition
    • H01L2224/4912—Layout
    • H01L2224/49175—Parallel arrangements
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L29/00—Semiconductor devices specially adapted for rectifying, amplifying, oscillating or switching and having potential barriers; Capacitors or resistors having potential barriers, e.g. a PN-junction depletion layer or carrier concentration layer; Details of semiconductor bodies or of electrodes thereof ; Multistep manufacturing processes therefor
    • H01L29/40—Electrodes ; Multistep manufacturing processes therefor
    • H01L29/41—Electrodes ; Multistep manufacturing processes therefor characterised by their shape, relative sizes or dispositions
    • H01L29/417—Electrodes ; Multistep manufacturing processes therefor characterised by their shape, relative sizes or dispositions carrying the current to be rectified, amplified or switched
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L2924/00—Indexing scheme for arrangements or methods for connecting or disconnecting semiconductor or solid-state bodies as covered by H01L24/00
    • H01L2924/15—Details of package parts other than the semiconductor or other solid state devices to be connected
    • H01L2924/181—Encapsulation
    • H—ELECTRICITY
    • H03—ELECTRONIC CIRCUITRY
    • H03K—PULSE TECHNIQUE
    • H03K17/00—Electronic switching or gating, i.e. not by contact-making and –breaking
    • H03K17/08—Modifications for protecting switching circuit against overcurrent or overvoltage
    • H03K2017/0806—Modifications for protecting switching circuit against overcurrent or overvoltage against excessive temperature

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Power Engineering (AREA)
  • Microelectronics & Electronic Packaging (AREA)
  • General Physics & Mathematics (AREA)
  • Condensed Matter Physics & Semiconductors (AREA)
  • Computer Hardware Design (AREA)
  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Ceramic Engineering (AREA)
  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Combustion & Propulsion (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • General Engineering & Computer Science (AREA)
  • Metal-Oxide And Bipolar Metal-Oxide Semiconductor Integrated Circuits (AREA)
  • Electronic Switches (AREA)
  • Semiconductor Integrated Circuits (AREA)

Abstract

Um eine Steuerschaltung in einem Multichipzünder zu schützen, wird eine Schaltvorrichtung bereitgestellt, die einen Leiter; ein Schaltbauelement, das den Leiter auf einer ersten Oberfläche berührt und zwischen einem ersten Anschluss auf der ersten Oberflächenseite und einem zweiten Anschluss auf einer zweiten Oberflächenseite, die entgegengesetzt zu der ersten Oberfläche ist, umschaltet; und ein Steuerbauelement, das den Leiter auf einer dritten Oberfläche berührt und eine Steuerschaltung des Schaltbauelements, die auf einer vierten Oberflächenseite vorgesehen ist, die entgegengesetzt zu der dritten Oberfläche ist, und eine erste Stehspannungsstruktur umfasst, die die Steuerschaltung vor einer übermäßigen Spannung, mit der der Leiter beaufschlagt wird, schützt. Durch Bereitstellen der Stehspannungsstruktur in dem Steuerbauelement ist es möglich, die Steuerschaltung zu schützen.

Description

  • HINTERGRUND
  • 1. TECHNISCHES GEBIET
  • Die vorliegende Erfindung betrifft eine Schaltvorrichtung und ein Zündbauelement.
  • 2. STAND DER TECHNIK
  • Ein Motor eines Automobils oder dergleichen bringt ein Mischgas von Kraftstoff und Luft in einen Brennraum ein und erzeugt Antriebsenergie durch Entzünden und Verbrennen des Mischgases unter Verwendung einer Zündkerze. Ein Zündbauelement und ein Schaltbauelement (als ein Zünder bezeichnet) werden jeder Zündkerze zugeordnet.
  • Herkömmlich ist ein Einchipzünder bekannt, in dem ein Schaltbauelement und ein Steuerbauelement auf demselben Chip angeordnet sind, wie beispielsweise in Patentdokument 1 gezeigt. Das Schaltbauelement umfasst einen Isolierschicht-Bipolartransistor („Insulated Gate Bipolar Transistor”, IGBT), der einen Strom abschaltet, der auf einer Primärspule der Zündspule geleitet wird. Das Steuerbauelement umfasst eine Steuerschaltung, die den Betrieb des IGBT steuert. Hier schaltet die Steuerschaltung den IGBT nicht durch Empfangen eines Steuersignals von einer Motorsteuereinheit („Engine Control Unit”, ECU) auf EIN und AUS und weist stattdessen eine Funktion zum Schalten des IGBT auf AUS ungeachtet des Steuersignals der ECU durch Erkennen einer Anomalität in dem IGBT auf.
    Patentdokument 1: Japanische Patentanmeldungsveröffentlichung Nr. 2011-119542
  • DURCH DIE ERFINDUNG ZU LÖSENDE PROBLEME
  • Es gibt mehrere Probleme in einem Einchipzünder. Neben dem Steuersignal gibt die ECU beispielsweise Erkennungssignale zum Erkennen einer Unterbrechung zwischen der ECU und dem Zünder, eines Abbaus eines Anschlusses des Zünders oder dergleichen an den Zünder aus. Wenn eine Schnittstelle zum Empfangen dieser Erkennungssignale in dem Zünder vorgesehen ist, wird der Chip größer und die Herstellungskosten werden erhöht. Des Weiteren fließt Störstrom des IGBT in das Steuerbauelement. Wenn eine selbstisolierende Region zwischen dem Schaltbauelement und dem Steuerbauelement vorgesehen ist, wird der Chip folglich größer und die Herstellungskosten werden erhöht. Dementsprechend ist ein Multichipzünder erwünscht, in dem das Schaltbauelement und das Steuerbauelement jeweils auf unterschiedlichen Chips angeordnet sind und Versorgungsspannungen von Energieversorgungen empfangen werden, die von der ECU unabhängig sind.
  • Andererseits besteht in einem Multichipzünder das Problem, dass eine Verringerung der Feldabbaubeständigkeit vorliegt, d. h. die Beständigkeit gegenüber einer negativen Stoßspannung (einfach als „negativer Stromstoß” bezeichnet), wie einem Feldabbauanstieg. Nachdem der IGBT den EIN-Zustand eingetreten ist und leitend geworden ist, schaltet der Zünder hier den IGBT auf AUS und die Leitung wird unterbrochen. Wenn die Leitung unterbrochen wird, entlädt sich die Zündkerze aufgrund der hohen Spannung, die von der Zündspule erzeugt wird, wodurch das Mischgas entzündet wird. In einem Fall, in dem die Zündkerze sich nicht entladen hat, d. h. einem Fall, in dem keine Zündung durchgeführt wurde, wird jedoch eine hohe Spannung als ein negativer Stromstoß angelegt und ein negativer Stoßstrom fließt von dem Emitter zu dem Kollektor des IGBT. Zu diesem Zeitpunkt, wenn der Chip aufgrund von Dicing beschädigt wird, wird der Stoßstrom insbesondere auf den PN-Übergang zwischen einer n+-Typ-Pufferschicht und einem p+-Typ-Halbleitersubstrat konzentriert.
  • In einem Multichipzünder wird die Kantenlänge jedes Chips infolge des Trennens der Chips in das Schaltbauelement und das Steuerbauelement gekürzt und eine Verringerung der Beständigkeit gegenüber einem negativen Stromstoß kann dadurch verursacht werden, dass der Stoßstrom in einem Abschnitt des PN-Übergangs konzentriert ist.
  • ALLGEMEINE OFFENBARUNG
    • (Punkt 1) Eine Schaltvorrichtung kann einen Leiter umfassen.
  • Die Schaltvorrichtung kann ein Schaltbauelement umfassen, das den Leiter auf einer ersten Oberfläche berührt und zwischen einem ersten Anschluss auf der ersten Oberflächenseite und einem zweiten Anschluss auf einer zweiten Oberflächenseite, die entgegengesetzt zu der ersten Oberfläche ist, umschaltet.
  • Die Schaltvorrichtung kann ein Steuerbauelement umfassen, das den Leiter auf einer dritten Oberfläche berührt und eine Steuerschaltung des Schaltbauelements, die auf einer vierten Oberflächenseite vorgesehen ist, die entgegengesetzt zu der dritten Oberfläche ist, und eine erste Stehspannungsstruktur umfasst, die die Steuerschaltung vor einer übermäßigen Spannung, mit der der Leiter beaufschlagt wird, schützt.
    • (Punkt 2) Die erste Stehspannungsstruktur kann auf einem Kantenabschnitt der vierten Oberfläche des Steuerbauelements vorgesehen werden.
    • (Punkt 3) Das Schaltbauelement kann eine zweite Stehspannungsstruktur umfassen, die eine Schaltung auf der zweiten Oberflächenseite vor einer übermäßigen Spannung, mit der der Leiter beaufschlagt wird, schützt.
    • (Punkt 4) Das Steuerbauelement kann eine höhere Stehspannung zwischen den Oberflächen davon als das Schaltbauelement aufweisen.
    • (Punkt 5) Eine Schaltvorrichtung kann einen Leiter umfassen.
  • Die Schaltvorrichtung kann ein Schaltbauelement umfassen, das den Leiter auf einer ersten Oberfläche berührt und zwischen einem ersten Anschluss auf der ersten Oberflächenseite und einem zweiten Anschluss auf einer zweiten Oberflächenseite, die entgegengesetzt zu der ersten Oberfläche ist, umschaltet.
  • Die Schaltvorrichtung kann ein Steuerbauelement umfassen, das den Leiter auf einer dritten Oberfläche berührt und eine Steuerschaltung des Schaltbauelements umfasst, die auf einer vierten Oberflächenseite vorgesehen ist, die entgegengesetzt zu der dritten Oberfläche ist.
  • Das Steuerbauelement kann eine höhere Stehspannung zwischen den Oberflächen davon als das Schaltbauelement aufweisen.
    • (Punkt 6) Das Steuerbauelement und das Schaltbauelement können in der Reihenfolge von einer Leiterseite eine Kollektorschicht von einem ersten Leitfähigkeitstyp, eine Pufferschicht von einem zweiten Leitfähigkeitstyp, eine Driftschicht vom zweiten Leitfähigkeitstyp und eine Vertiefung vom ersten Leitfähigkeitstyp umfassen, die vorgesehen sind, um einem Emitteranschluss auf einer Oberflächenseite, die entgegengesetzt zu dem Leiter ist, zu entsprechen.
    • (Punkt 7) Das Steuerbauelement kann eine dickere Driftschicht vom zweiten Leitfähigkeitstyp zwischen der Vertiefung vom ersten Leitfähigkeitstyp und der Pufferschicht vom zweiten Leitfähigkeitstyp als das Schaltbauelement aufweisen.
    • (Punkt 8) Das Steuerbauelement kann eine niedrigere Verunreinigungskonzentration in der Pufferschicht vom zweiten Leitfähigkeitstyp als das Schaltbauelement aufweisen.
    • (Punkt 9) Die Steuerschaltung kann ein Steuersignal eingeben, das bezeichnet, ob das Schaltbauelement auf EIN geschaltet werden soll.
  • Die Steuerschaltung kann eine Gate-Spannung eines Schaltelements im Inneren des Schaltbauelements gemäß dem Steuersignal unter Verwendung des Steuersignals als eine Energieversorgung steuern.
    • (Punkt 10) Das Schaltbauelement kann einen Isolierschicht-Bipolartransistor als ein Schaltelement umfassen.
    • (Punkt 11) Die Schaltvorrichtung kann als ein Zünder fungieren. Das Schaltbauelement kann umschalten, wenn Strom durch eine Primärspule einer Zündspule fließt.
    • (Punkt 12) Ein Zündbauelement kann die Schaltvorrichtung gemäß einem der Punkte 1 bis 11 umfassen.
  • Das Zündbauelement kann eine Steuervorrichtung umfassen, die die Schaltvorrichtung steuert.
  • Das Zündbauelement kann eine Zündspule umfassen, die eine Primärspule, die mit dem Schaltbauelement der Schaltvorrichtung verbunden ist, und eine Sekundärspule, die mit einer Zündkerze einer Verbrennungsmaschineneinrichtung verbunden ist, umfasst.
  • Der Zusammenfassungsabschnitt beschreibt nicht unbedingt alle erforderlichen Merkmale der Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung. Die vorliegende Erfindung kann auch eine Teilkombination der oben beschriebenen Merkmale sein.
  • KURZBESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
  • 1 zeigt eine Gesamtkonfiguration eines Zünders.
  • 2 zeigt eine Schaltungskonfiguration des Schaltbauelements.
  • 3 zeigt ein planares Layout des Schaltbauelements in einer Draufsicht.
  • 4 ist eine Schnittansicht in Bezug auf die Referenzlinie AA in 3 und zeigt eine Querschnittsstruktur des Schaltbauelements.
  • 5 zeigt eine Schaltungskonfiguration des Schaltbauelements.
  • 6 zeigt ein planares Layout des Steuerbauelements in einer Draufsicht.
  • 7 ist eine Schnittansicht in Bezug auf die in 6 gezeigte Referenzlinie BB und zeigt eine Querschnittsstruktur des Steuerbauelements.
  • 8 zeigt einen Herstellungsablauf des Zünders.
  • 9 zeigt eine Konfiguration eines Zündbauelements, das den Zünder umfasst.
  • BESCHREIBUNG VON BEISPIELHAFTEN AUSFÜHRUNGSFORMEN
  • Hierin im Folgenden werden einige Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung beschrieben. Die Ausführungsformen schränken die Erfindung gemäß den Ansprüchen nicht ein und alle Kombinationen der in den Ausführungsformen beschriebenen Merkmale sind nicht unbedingt wesentlich für Mittel, die von Gesichtspunkten der Erfindung bereitgestellt werden.
  • 1 zeigt eine Gesamtkonfiguration eines Zünders 100. Der Zünder 100 ist ein Beispiel einer Schaltvorrichtung und ist dazu vorgesehen, die Chipgröße eines Multichipzünders zu minimieren und die Feldabbaubeständigkeit zu bewahren, insbesondere eine Steuerschaltung zu schützen.
  • Der Zünder 100 umfasst eine Leiterplatine 10, die als ein Leiter dient, ein Schaltbauelement 30, ein Steuerbauelement 50, Drähte 16, 17 und 18 und eine Baugruppe 70.
  • Die Leiterplatine 10 weist das Schaltbauelement 30 und das Steuerbauelement 50 darauf montiert auf, um dadurch getragen zu werden. Die Leiterplatine 10 ist als eine Platte unter Verwendung von Metall mit hoher Wärmeleitfähigkeit geformt, um beispielsweise die von diesen Bauelementen abgestrahlte Wärme freizusetzen. Die Leiterplatine 10 umfasst einen Hauptkörper 11 und einen oder mehrere Anschlüsse 11b, 12 und 13.
  • Der Hauptkörper 11 weist eine rechteckige Form auf, in der eine Längsrichtung eine Achsrichtung ist, d. h. beispielsweise die Richtung von oben nach unten in 1. Eine Seite des Hauptkörpers 11 in der Längsrichtung trägt das Schaltbauelement 30 und das Steuerbauelement 50 darauf und fungiert als eine Kollektorelektrode, die von diesen Bauelementen gemeinsam genutzt wird. Die andere Seite des Hauptkörpers 11 in der Längsrichtung weist eine kreisförmige Öffnung 11a auf, die beispielsweise darin ausgebildet ist.
  • Der eine oder die mehreren Anschlüsse 11b, 12 und 13 sind Anschlüsse, die die Schaltungselemente des Schaltbauelements 30, des Steuerbauelements 50 und dergleichen, die in dem Zünder 100 enthalten sind, koppeln, wenn der Zünder 100 implementiert wird. Im vorliegenden Beispiel sind beispielsweise drei Anschlüsse 11b, 12 und 13 enthalten.
  • Der Anschluss 11b weist eine rechteckige Form mit einer schmaleren Breite als der Hauptkörper 11 und einer Längsrichtung in der einen Achsrichtung auf und das Basisende des Anschlusses 11b ist integral mit einer Mitte des Endabschnitts auf einer Seite des Hauptkörpers 11 in der Längsrichtung verbunden. Auf diese Weise ist der Anschluss 11b mit dem Hauptkörper 11 verbunden, d. h. der Kollektorelektrode des Schaltbauelements 30 und des Steuerbauelements 50, und fungiert als ein Kollektoranschluss. Alternativ dazu kann der Anschluss 11b unabhängig von dem Hauptkörper 11 ausgebildet sein und kann mit dem Hauptkörper 11 unter Verwendung von Drähten oder dergleichen verbunden sein.
  • Die Anschlüsse 12 und 13 weisen jeweils eine rechteckige Form mit einer Längsrichtung in der einen Achsrichtung auf und sind parallel zu dem Anschluss 11b auf einer Seite und einer anderen Seite davon in der Richtung von links nach rechts in der Zeichnung vorgesehen, um den Anschluss 11b dazwischen einzuschieben, und die Spitzen der Anschlüsse 12 und 13 sind mit der Spitze des Anschlusses 11b ausgerichtet. Der Anschluss 12 ist mit dem Schaltbauelement 30 (spezifisch einem Emitterpad 33, das in dem Schaltbauelement 30 enthalten ist) mittels eines Drahts 17 verbunden, der im Folgenden weiter beschrieben wird, und fungiert als ein Emitteranschluss. Der Anschluss 13 ist mit dem Steuerbauelement 50 (spezifisch einem Gate-Pad 53, das in dem Steuerbauelement 50 enthalten ist) mittels eines Drahts 18 verbunden, der im Folgenden weiter beschrieben wird, und fungiert als ein Gate-Anschluss.
  • Die Anzahl der Anschlüsse 11b, 12 und 13 ist nicht auf drei beschränkt und kann vier oder mehr betragen. Zwei Anschlüsse 13 können beispielsweise parallel vorgesehen sein und ein Schutzelement kann zwischen diesen Anschlüssen 13 angeschlossen sein. Das Schutzelement ist beispielsweise ein Kondensator, ein Widerstand oder dergleichen, der eine Stoßspannung absorbiert. Des Weiteren kann ein anderer Anschluss mit einem Erdpotential des Steuerbauelements 50 verbunden sein und das Schaltbauelement 30 und das Steuerbauelement 50 unabhängig an dem Erdpotential klemmen. In einem Fall, in dem eine Versorgungsspannung von einer ECU und einer unabhängigen Energieversorgung empfangen wird, können weiterhin ein oder mehrere Anschlüsse für die Energieversorgung hinzugefügt werden, wobei diese Energieversorgungsanschlüsse jeweils mit den Energieversorgungen verbunden sein können, und die Versorgungsspannung kann einer Steuerschaltung zugeführt werden, die in dem Steuerbauelement 50 enthalten ist.
  • Das Schaltbauelement 30 ist ein Halbleiterbauelement, das zwischen dem Anschluss 11b, d. h. dem Kollektoranschluss, und dem Anschluss 12, d. h. dem Emitteranschluss, umschaltet. Das Schaltbauelement 30 wird beispielsweise einen Isolierschicht-Bipolartransistor („Insulated Gate Bipolar Transistor”, IGBT) enthaltend hergestellt. Das Schaltbauelement 30 ist nicht darauf beschränkt, ein IGBT zu sein, und kann einen vertikalen Metalloxid-Halbleiter-Feldeffekttransistor (vertikalen MOSFET) umfassen, in dem Strom beispielsweise von der hinteren Oberfläche zu der vorderen Oberfläche des Chips fließt. Das Schaltbauelement 30 wird in der Nähe des Basisendes des Anschlusses 12 an dem Hauptkörper 11 der Leiterplatine 10 installiert. Die Einzelheiten der Konfiguration des Schaltbauelements 30 werden im Folgenden weiter beschrieben.
  • Das Steuerbauelement 50 ist ein Halbleiterbauelement, das eine Steuerschaltung umfasst, die den Betrieb des Schaltbauelements 30 steuert. Die Steuerschaltung ist beispielsweise einen Metalloxid-Halbleiter-Feldeffekttransistor („Metal Oxide Semiconductor Field Effect Transistor”, MOSFET) enthaltend hergestellt. Das Steuerbauelement 50 wird in der Nähe des Basisendes des Anschlusses 13 an dem Hauptkörper 11 der Leiterplatine 10 installiert. Das Steuerbauelement 50 ist mit dem Schaltbauelement 30 mittels mehrerer Drähte 16 verbunden, die im Folgenden weiter beschrieben werden, und überträgt beispielsweise ein Steuersignal zum Steuern des IGBT an das Schaltbauelement 30, erfasst das Kollektorpotenzial des IGBT und/oder teilt das Emitterpotential des IGBT. Die Einzelheiten der Konfiguration des Steuerbauelements 50 werden im Folgenden weiter beschrieben.
  • Die Drähte 16, 17 und 18 sind Leiter, die mit dem Schaltbauelement 30, dem Steuerbauelement 50 und den Anschlüssen 11b, 12 und 13 elektrisch verbunden sind, und leitfähige Aluminiumdrähte können beispielsweise als diese Drähte 16, 17 und 18 verwendet werden. Mehrere der Drähte 16 werden vorgesehen und diese Drähte 16 sind jeweils mit dem Schaltbauelement 30 und dem Steuerbauelement 50 verbunden. Der Draht 17 verbindet den Anschluss 12 mit dem Schaltbauelement 30 (spezifisch dem Emitterpad 33, das in dem Schaltbauelement 30 enthalten ist). Der Draht 18 verbindet den Anschluss 13 mit dem Steuerbauelement 50 (spezifisch dem Gate-Pad 53, das in dem Steuerbauelement 50 enthalten ist).
  • Die Baugruppe 70 versiegelt jede oben beschriebene Konfigurationskomponente darin, um diese Komponenten zu schützen. Die Baugruppe 70 versiegelt die andere Seite des Hauptkörpers 11 und das Schaltbauelement 30, das Steuerbauelement 50 und die Basisenden der drei Anschlüsse 11b, 12 und 13 darin, versiegelt jedoch nicht die eine Seite des Hauptkörpers 11 der Leiterplatine 10, d. h. die Oberseite in 1, und die Spitzen der drei Anschlüsse 11b, 12 und 13. Die Baugruppe 70 wird in einer rechteckigen Parallelepipedform durch Formgeben unter Verwendung von Harz mit herausragendem Isoliervermögen, wie Epoxidharz, ausgebildet.
  • Das Folgende stellt eine ausführlichere Beschreibung des Schaltbauelements 30 bereit.
  • 2 zeigt eine Schaltungskonfiguration des Schaltbauelements 30. Die Schaltung des Schaltbauelements 30 wird den IGBT 31, eine Kollektor-Gate-Zenerdiode 32 und eine Stromquelle 36 enthaltend hergestellt. Diese Konfigurationskomponenten sind zwischen Pads T1 und T3, dem Emitterpad 33 und dem Hauptkörper 11 der oben beschriebenen Leiterplatine 10, d. h. der Kollektorelektrode 45, angeschlossen. Es sollte beachtet werden, dass das Pad T3 das Emitterpad 33 kurzschließt.
  • Der IGBT 31 ist ein Schaltelement, das ein Steuersignal von dem Steuerbauelement 50 empfängt und den Strom abschaltet, der von der Kollektorelektrode zu dem Emitterelektrode fließt. Der IGBT 31 ist zwischen dem Pad T1, dem Emitterpad 33 und dem Hauptkörper 11 der Leiterplatine 10 angeschlossen. Spezifisch sind der Gate-Anschluss (G), der Emitteranschluss (E) und der Kollektoranschluss (C) des IGBT 31 jeweils mit dem Pad T1, dem Emitterpad 33 (und dem Pad T3) und dem Hauptkörper 11 der Leiterplatine 10 verbunden.
  • Die Kollektor-Gate-Zenerdiode (als eine CGZD bezeichnet) 32 ist eine Zenerdiode, die die Stehspannung des IGBT 31 sicherstellt. Die CGZD 32 ist zwischen dem Pad T1 und dem Hauptkörper 11 der Leiterplatine 10 angeschlossen, d. h. zwischen dem Gate-Anschluss (G) und dem Kollektoranschluss (C) des IGBT 31 angeordnet. Die CGZD 32 umfasst die Anzahl von Zenerdioden, die erforderlich ist, um die gewünschte seriell geschaltete Stehspannung zu erzielen. Wenn die Spannung zwischen dem Gate-Anschluss (G) und dem Kollektoranschluss (C) die Stehspannung übersteigt, wird auf diese Weise das Gate des IGBT 31 von der CGZD 32 hochgezogen und Strom fließt zwischen dem Kollektoranschluss (C) und dem Emitteranschluss (E), um das Kollektorpotential zu senken.
  • Die Stromquelle 36 ist ein Element zum Stabilisieren des Kollektorpotentials des IGBT 31. Die Stromquelle 36 ist mit der CGZD 32 zwischen dem Pad T1 und dem Hauptkörper 11 der Leiterplatine 10 parallel geschaltet, d. h. zwischen dem Gate-Anschluss (G) und dem Kollektoranschluss (C) des IGBT 31 angeordnet. Wenn der Zünder 100 mit der übermäßigen Strommenge strombegrenzt wird, schränkt die Stromquelle 36 das Überschwingen der Strommenge ein, das von dem plötzlichen Umschalten aufgrund dessen verursacht wird, dass der IGBT 31 bewirkt, dass Strom von dem Kollektoranschluss (C) zu dem Gate-Anschluss (G) des IGBT 31 fließt.
  • 3 zeigt ein planares Layout des Schaltbauelements 30 in einer Draufsicht. Das Schaltbauelement 30 umfasst den IGBT 31, die CGZD 32, das Emitterpad 33, mehrere Elektrodenpads 34, eine Stehspannungsstruktur 35 und die Stromquelle 36 (in 3 nicht gezeigt; siehe 2).
  • Der IGBT 31 ist im Inneren des Chips ausgebildet, jedoch nicht an der Mitte des Endabschnitts des Chips, d. h. dem rechten Ende in 3, des Schaltbauelements 30.
  • Die Konfiguration des IGBT 31 wird im Folgenden weiter beschrieben, insbesondere die Querschnittskonfiguration.
  • Die CGZD 32 ist auf der Stehspannungsstruktur 35 zwischen dem IGBT 31 und der Stopperelektrode 28 (siehe 4) vorgesehen, die im Außenumfang des Chips des Schaltbauelements 30 vorgesehen ist.
  • Das Emitterpad 33 ist ein Elektrodenpad, das mit dem Emitteranschluss (E) des IGBT 31 verbunden ist, wie oben beschrieben. Das Emitterpad 33 ist auf der oberen Oberfläche der Chipmitte des Schaltbauelements 30 vorgesehen. Das Emitterpad 33 ist mit dem Anschluss 12 unter Verwendung des oben beschriebenen Drahts 17 (siehe 1) verbunden.
  • Die mehreren Elektrodenpads 34 sind Elektrodenpads zum Senden und Empfangen von Steuersignalen, Erkennungssignalen und dergleichen an das und von dem Steuerbauelement 50. Die Elektrodenpads 34 umfassen beispielsweise die oben beschriebenen Pads T1 und T3, die mit dem Gate-Anschluss (G) und dem Emitteranschluss (E) des IGBT 31 verbunden sind. Die mehreren Elektrodenpads 34 sind parallel auf der oberen Oberfläche in der Nähe des Endabschnitts des Chips, d. h. dem linken Ende in 3, des Schaltbauelements 30 vorgesehen. Die mehreren Elektrodenpads 34 sind jeweils mit entsprechenden Elektrodenpads 54, die in dem Steuerbauelement 50 vorgesehen sind, unter Verwendung der oben beschriebenen Drähte 16 verbunden. Auf diese Weise können der Gate-Anschluss (G) und der Emitteranschluss (E) des IGBT 31 mit dem Steuerbauelement 50 verbunden werden.
  • Die Stehspannungsstruktur 35 ist eine Struktur zum Schützen der Schaltungen, Schaltungselemente und dergleichen, die auf der oberen Oberflächenseite des Chips des Schaltbauelements 30 und dem IGBT 31 vorgesehen sind, vor einer übermäßigen Spannung, mit der der Hauptkörper 11 der Leiterplatine 10 beaufschlagt wird. Die Stehspannungsstruktur 35 ist in einem Kantenabschnitt auf der oberen Oberfläche des Chips und dem Umfang des Chips des Schaltbauelements 30, der den IGBT 31 umgibt, vorgesehen. Die Konfiguration der Stehspannungsstruktur 35 wird im Folgenden weiter beschrieben, insbesondere die Querschnittskonfiguration.
  • Die Stromquelle 36 (in 3 nicht gezeigt; siehe 2) kann unter Verwendung von beispielsweise einem Verarmungs-IGBT konfiguriert sein. Hier ist der Kollektoranschluss des Verarmungs-IGBT mit dem Kollektoranschluss des IGBT 31 verbunden und der Gate-Anschluss ist an den Emitteranschluss geklemmt und mit dem Gate-Anschluss (G) des IGBT 31 verbunden.
  • Das Schaltbauelement 30 kann weiterhin mit verschiedenen Sensoren zum Erkennen von Anomalitäten des Schaltbauelements 30 versehen sein, wie einem Temperatursensor, der die Chiptemperatur misst, einem Stromsensor, der den Kollektorstrom des IGBT 31 erkennt, und einem Spannungssensor, der die Spannung zwischen dem Kollektor und dem Emitter des IGBT 31 erkennt. Des Weiteren kann eine Schaltung, die die EIN-Zeit des IGBT 31 auf der Basis eines EIN-Signals misst, vorgesehen sein und von dem Schaltbauelement 30 kann bewirkt werden, dass es einen Zeitnehmervorgang durchführt.
  • 4 ist eine Schnittansicht in Bezug auf die Referenzlinie AA in 3 und zeigt eine Querschnittsstruktur des Schaltbauelements 30, insbesondere des IGBT 31 und der Stehspannungsstruktur 35. Der Chip des Schaltbauelements 30 umfasst den Hauptkörper 11 der Leiterplatine 10, d. h. die Kollektorelektrode 45, und ein p+-Typ-Halbleitersubstrat 21, das zu einer p+-Typ-Kollektorregion wird, eine n+-Typ-Pufferregion 22 und eine n–-Typ-Driftregion 23, die in der angegebenen Reihenfolge auf der Kollektorelektrode 45 geschichtet sind. Die vordere Oberflächenelementstruktur des IGBT 31 ist auf der oberen Oberfläche der n–-Typ-Driftregion 23 vorgesehen, d. h. der Mitte der vorderen Oberflächenschicht des Chips, und die Stehspannungsstruktur 35 ist auf der Kantenregion der vorderen Oberflächenschicht und dem Chipumfang vorgesehen.
  • Die vordere Oberflächenelementstruktur des IGBT 31 umfasst eine p+-Typ-Region 40, eine p-Typ-Basisregion 41, eine n+-Typ-Emitterregion 42, eine Gate-Elektrode 43 und eine Emitterelektrode 44. Die p+-Typ-Region 40 ist eine p+-Typ-Vertiefung, die eine Kontaktregion des IGBT 31 ist, und ist in der Mitte des vorderen Oberflächenelements angeordnet. Mehrere der p-Typ-Basisregionen 41 sind angeordnet, um die p+-Typ-Region 40 auf beiden Seiten zu umgeben, d. h. der linken Seite und der rechten Seite in 4. Die n+-Typ-Emitterregion 42 ist zwischen jeder p-Typ-Basisregion 41 und der p+-Typ-Region 40 angeordnet. Die oberen Oberflächen der p+-Typ-Region 40, der p-Typ-Basisregionen 41 und der n+-Typ-Emitterregion 42 zusammen mit der oberen Oberfläche der n–-Typ-Driftregion 23 bilden eine einzige Oberfläche, die die vordere Oberfläche des Chips ist. Die Gate-Elektrode 43 ist von einem Gate-Isolierfilm bedeckt und ist über einer der p-Typ-Basisregionen 41 angeordnet. Die Emitterelektrode 44 ist auf und in Kontakt mit jeder der p+-Typ-Region 40, der p-Typ-Basisregionen 41 und der n+-Typ-Emitterregion 42 angeordnet.
  • Die Kollektorelektrode 45 ist ein Abschnitt des Hauptkörpers 11 der Leiterplatine 10 und berührt die gesamte hintere Oberfläche des Chips. Die Emitterelektrode 44 ist auf der vorderen Oberflächenseite des Chips angeordnet und die vordere Oberflächenelementstruktur des IGBT 31, einschließlich der p+-Typ-Region 40, d. h. der p+-Typ-Vertiefung, ist entsprechend der Emitterelektrode 44 auf der vorderen Oberflächenseite des Chips vorgesehen.
  • In einem Fall, in dem das Schaltbauelement 30 mehrere der IGBT 31 umfasst, wie in 4 gezeigt, kann die Gate-Elektrode 43 auf einer der p-Typ-Basisregionen 41 vorgesehen sein, die in jeder vorderen Oberflächenelementstruktur von zwei IGBT 31 enthalten sind, die aneinander angrenzen, mit der n–-Typ-Driftregion 23 dazwischen eingeschoben.
  • In der vorliegenden Ausführungsform sind die Kollektorregion des IGBT 31, die Region, an der die p+-Typ-Region 40 vorgesehen ist, und die Basisregion vom p-Typ und die Pufferregion, die Driftregion und die Emitterregion sind vom n-Typ, dies ist jedoch lediglich ein Beispiel, und die Kollektorregion, die Region, an der die p+-Typ-Region 40 vorgesehen ist, und die Basisregion können stattdessen vom n-Typ sein und die Pufferregion, die Driftregion und die Emitterregion können vom p-Typ sein.
  • Die Stehspannungsstruktur 35 wird durch Bereitstellen einer Außenumfangskantenregion mit einer konstanten Breite ausgebildet, die die vordere Oberflächenelementstruktur des IGBT 31 im Umfang des Chips umgibt. Diese Region umfasst keine Trägerregionen, wie die p+-Typ-Region 40, die die vordere Oberflächenelementstruktur bildet. Wenn eine Stoßspannung von der Emitterelektrode 44 zu der Kollektorelektrode 45 mittels der Außenkante des Chips aufgrund des Auftretens eines negativen Stromstoßes fließt, wird auf diese Weise insbesondere durch Einschieben der n–-Typ-Driftregion 23 mit einer ausreichenden Breite zwischen der p+-Typ-Region 40 unter der Emitterelektrode 44 und der Außenkante des Chips eine ausreichende Beständigkeit erlangt.
  • Die Stehspannungsstruktur 35 wird durch weiteres Bereitstellen beispielsweise eines p+-Typ-Schutzrings 25, einer n+-Typ-Kanal-Stopperregion 26, einer Isolierschicht 24, einer Stopperelektrode 28 und eines Passivierungsfilms 29 in dem Kantenabschnitt der oberen Oberfläche des Chips ausgebildet.
  • Der p+-Typ-Schutzring 25 ist mit einer Ringform im Umfang der oberen Oberflächenschicht des Chips derart versehen, dass er die vordere Oberflächenelementstruktur des IGBT 31 umgibt. Die Anzahl von p+-Typ-Schutzringen 25 ist nicht auf einen beschränkt und mehrere der p+-Typ-Schutzringe 25 können vorgesehen sein, z. B. können die p+-Typ-Schutzringe 25 in zwei Ringen angeordnet sein, wie in 4 gezeigt. Die n+-Typ-Kanal-Stopperregion 26 ist in der äußersten Kante der vorderen Oberflächenschicht des Chips derart vorgesehen, dass sie den p+-Typ-Schutzring 25 umgibt. Die Isolierschicht 24 ist auf der n–-Typ-Driftregion 23 vorgesehen, eingeschoben zwischen angrenzenden p+-Typ-Schutzringen 25 und n+-Typ-Kanal-Stopperregionen 26 von mehreren p+-Typ-Schutzringen 25 und n+-Typ-Kanal-Stopperregionen 26. Die Stopperelektrode 28 ist auf der n+-Typ-Kanal-Stopperregion 26 vorgesehen. Der Passivierungsfilm 29 wird unter Verwendung von beispielsweise Siliciumnitrid (Si3N4) ausgebildet und bedeckt den p+-Typ-Schutzring 25, die n+-Typ-Kanal-Stopperregion 26, die Isolierschicht 24 und die Stopperelektrode 28, um diese Abschnitte zu schützen.
  • Durch Bereitstellen der Umfangskantenregion mit einer konstanten Breite im Umfang des Chips und/oder Bereitstellen der oben beschriebenen Struktur bleibt, wenn eine Stoßspannung von der Kollektorelektrode 45 an die Emitterelektrode 44 mittels der Außenkante des Chips angelegt wird oder wenn eine Stoßspannung von der Emitterelektrode 44 an die Kollektorelektrode 45 mittels der Umfangskante des Chips angelegt wird, das Potential an der vorderen Oberfläche des Chips stabil, indem sie diese Stoßspannung durch die Umfangskantenregion oder die mehreren p+-Typ-Schutzringe 25 und die Stopperelektrode 28 hindurchtreten lässt.
  • Das Folgende beschreibt das Steuerbauelement 50 ausführlicher.
  • 5 zeigt eine Schaltungskonfiguration des Steuerbauelements 50. Die Schaltung des Steuerbauelements 50 ist einen Abtast-IGBT 51 (Abtastwiderstand R51), eine Gate-Emitter-Zenerdiode 52, Steuerschaltungen 56 und 57 (Widerstände R1 und R2 und eine Diode D2) und einen Widerstand RGE enthaltend konfiguriert. Diese Konfigurationskomponenten sind zwischen den Pads S1 und S3, dem Gate-Pad 53 und dem Hauptkörper 11 der oben beschriebenen Leiterplatine 10, d. h. der Kollektorelektrode 45, angeschlossen.
  • Der Abtast-IGBT 51 ist ein Erfassungs-IGBT, der den IGBT 31 in dem Schaltbauelement 30 simuliert und die Kollektorstrommenge erkennt. Der Abtast-IGBT 51 ist zwischen dem Hauptkörper 11 der Leiterplatine 10 und den Pads S1 und S3 angeschlossen. Spezifisch sind der Gate-Anschluss und der Kollektoranschluss des Abtast-IGBT 51 jeweils mit dem Pad S1 und dem Hauptkörper 11 der Leiterplatine 10 verbunden und der Emitteranschluss des Abtast-IGBT 51 ist mit dem Pad S3 mittels des Abtastwiderstands R51 verbunden.
  • Die Gate-Anschluss-Zenerdiode (als eine GEZD bezeichnet) 52 ist eine Zenerdiode, die das Gate des IGBT 31 schützt. Die GEZD 52 ist zwischen den Pads S1 und S3 angeschlossen. Spezifisch, wie im Folgenden weiter beschrieben, ist die GEZD 52 zwischen dem Gate-Anschluss (G) und dem Emitteranschluss (E) des IGBT 31 des Schaltbauelements 30 mittels der Elektrodenpads 34 und 54 und der Drähte 16 angeschlossen. Die GEZD 52 umfasst die Anzahl von Zenerdioden, die erforderlich ist, um die gewünschte seriell geschaltete Stehspannung zu erzielen.
  • Die Steuerschaltungen 56 und 57 sind Schaltungen, die Anomalitäten in den Konfigurationskomponenten des Zünders 100 oder des IGBT 31 im Inneren des Schaltbauelements 30 erkennen und das Steuerbauelement 50 schützen.
  • Die Steuerschaltung 56 steuert die Kollektorstrommenge des IGBT 31 dahingehend, konstant zu sein, wenn dieser Strom eine Referenz übersteigt. Als ein Beispiel ist die Steuerschaltung 56 einen Schaltungsabschnitt 56a und ein aktives Element 56b enthaltend konfiguriert. Die Steuerschaltung 56 ist zusammen mit den Widerstanden R1 und R2 und der Diode D2 zwischen den Pads S1 und S3 und dem Gate-Pad 53 angeschlossen. Der Schaltungsabschnitt 56a ist zwischen dem Gate-Pad 53 und dem Pad S3 mittels des Widerstands R1 angeschlossen, der zwischen dem Schaltungsabschnitt 56a und dem Gate-Pad 53 angeschlossen ist. Des Weiteren ist der Emitteranschluss des Abtast-IGBT 51 mit dem Schaltungsabschnitt 56a verbunden. Das aktive Element 56b ist zwischen den Pads S1 und S3 angeschlossen. Des Weiteren ist ein Ende des aktiven Elements 56b, d. h. der Drain, mit dem Widerstand R1 mittels des Widerstands R2 und der Diode D2, die parallel vorgesehen sind, verbunden.
  • Der Schaltungsabschnitt 56a empfängt das Erkennungsergebnis für die Kollektorstrommenge des IGBT 31 von dem Abtast-IGBT 51 und überträgt, wenn diese Kollektorstrommenge höher als (oder niedriger als) eine Referenz ist, ein EIN-Signal (oder AUS-Signal) an das aktive Element 56b. Das aktive Element 56b gibt bei Empfangen des EIN-Signals von dem Schaltungsabschnitt 56a ein Steuersignal aus, um das Gate des IGBT 31 herunterzuziehen (aufrechtzuerhalten). Das Steuersignal der Steuerschaltung 56 wird an den Gate-Anschluss (G) des IGBT 31 des Schaltbauelements 30 eingegeben. Der IGBT 31 wird durch Empfangen des Steuersignals auf EIN und AUS geschaltet, wodurch die Kollektorstrommenge dahingehend gesteuert wird, konstant zu sein, indem diese Kollektorstrommenge auf die Referenz erhöht oder gesenkt wird.
  • Die Steuerschaltung 57 schaltet den IGBT 31 AUS, wenn eine Anomalität in dem Schaltbauelement 30 vorliegt. Als ein Beispiel ist die Steuerschaltung 57 einen Schaltungsabschnitt 57a und ein aktives Element 57b enthaltend konfiguriert. Der Schaltungsabschnitt 57a ist zwischen dem Gate-Pad 53 und dem Pad S3 mittels des Widerstands R1 angeschlossen, der zwischen dem Schaltungsabschnitt 57a und dem Gate-Pad 53 angeschlossen ist. Das aktive Element 57b ist zwischen den Pads S1 und S3 angeschlossen.
  • Der Schaltungsabschnitt 57a erkennt die Chiptemperatur des Schaltbauelements 30 unter Verwendung eines Temperatursensors, der beispielsweise in dem Schaltbauelement 30 vorgesehen ist. Des Weiteren kann der Schaltungsabschnitt 57a die Chiptemperatur des Steuerbauelements 50 unter Verwendung eines Temperatursensors erkennen, der in dem Steuerbauelement 50 vorgesehen ist. Wenn die Chiptemperatur höher als eine Referenz ist, beurteilt der Schaltungsabschnitt 57a, dass das Schaltbauelement 30 in einen anomalen Zustand ist, und überträgt das EIN-Signal an das aktive Element 57b. Das aktive Element 57b gibt bei Empfangen des EIN-Signals von dem Schaltungsabschnitt 57a ein Steuersignal aus, um das Gate des IGBT 31 herunterzuziehen. Das Steuersignal der Steuerschaltung 57 wird an den Gate-Anschluss (G) des IGBT 31 des Schaltbauelements 30 eingegeben. Der IGBT 31 wird durch Empfangen des Steuersignals auf AUS geschaltet, wodurch der Kollektorstrom abgeschaltet wird.
  • Die Anomalität des Schaltbauelements 30 ist nicht auf die Chiptemperatur beschränkt und kann auch aus Mengen anderer Zustande des Chips oder Menge anderer Zustände des IGBT 31 erkannt werden. Mengen des Zustands des IGBT 31 werden beispielsweise durch die Länge der EIN-Zeit des IGBT 31, die Kollektorstrommenge des IGBT 31 und die Spannung zwischen dem Kollektor und dem Emitter des IGBT 31 beispielhaft dargestellt. Die Steuerschaltung 57 kann diese Zustandsmengen von verschiedenen Sensoren erhalten, die in dem Schaltbauelement 30 vorgesehen sind.
  • Die Steuerschaltungen 56 und 57 können die Signalspannung des Steuersignals verwenden, die von einer ECU als die Versorgungsspannung zugeführt wird, oder kann die Versorgungsspannung verwenden, die von einer Energieversorgung zugeführt wird, die von der ECU unabhängig ist.
  • Der Widerstand RGE ist zwischen dem Gate-Pad 53 und dem Pad S3 von den mehreren Elektrodenpads 54 angeschlossen.
  • Darüber hinaus kann ein Kondensator zum Verhindern von Rauschen, ein Widerstand oder eine Zenerdiode zum Schützen der Energieversorgung und dergleichen vorgesehen werden. Des Weiteren kann ein Erdanschluss vorgesehen werden, der von dem Schaltbauelement 30 unabhängig ist.
  • 6 zeigt ein planares Layout des Steuerbauelements 50 in einer Draufsicht. Das Steuerbauelement 50 umfasst den Abtast-IGBT 51, die Gate-Emitter-Zenerdiode 52, das Gate-Pad 53, die mehreren Elektrodenpads 54, die Stehspannungsstruktur 55 und die Steuerschaltungen 56 und 57.
  • Der Abtast-IGBT 51 ist im Inneren des Chips zu einer Seite, d. h. der linken Seite in 6, der Mitte des Chips des Steuerbauelements 50 ausgebildet. Die Konfiguration des Abtast-IGBT 51 wird im Folgenden weiter beschrieben, insbesondere die Querschnittskonfiguration.
  • In der vorliegenden Ausführungsform ist der Abtast-IGBT 51 in dem Steuerbauelement 50 vorgesehen, um die Chipgröße des Schaltbauelements 30 effizient zu nutzen oder nicht den Störstrom des IGBT 31 zu erkennen, die vorliegende Erfindung ist jedoch nicht darauf beschränkt und der Abtast-IGBT 31 kann bei Bedarf in dem Schaltbauelement 30 zusammen mit einer Struktur zum Abschalten des Störstroms des IGBT 31 vorgesehen werden und kann das Erkennungsergebnis des Abtast-IGBT 51 an die Steuerschaltung 57 im Inneren des Steuerbauelements 50 mittels der Elektrodenpads 34 und 54 und der Drähte 16 übertragen.
  • Die GEZD 52 ist auf der vorderen Oberfläche des Chips auf einer Seite, d. h. der unteren Seite in 6, der Mitte des Chips des Steuerbauelements 50 vorgesehen. Die GEZD 52 kann in dem Schaltbauelement 30 vorgesehen sein.
  • Das Gate-Pad 53 ist ein Elektrodenpad, das mit dem Gate-Anschluss (G) des IGBT 31 des Schaltbauelements 30 mittels der Elektrodenpads 34 und 54 und der Drähte 16 verbunden ist. Das Gate-Pad 53 ist auf der oberen Oberfläche des Steuerbauelements 50 in der Nähe eines Eckenabschnitts, d. h. dem Eckenabschnitt in der unteren linken Ecke in 6 des Chips installiert. Das Gate-Pad 53 ist mit dem Anschluss 13 mittels des oben beschriebenen Drahts 18 (siehe 1) verbunden.
  • Die mehreren Elektrodenpads 54 sind Elektrodenpads zum Senden und Empfangen von Steuersignalen, Erkennungssignalen und dergleichen an das und von dem Schaltbauelement 30. Als ein Beispiel umfassen die Elektrodenpads 54 die oben beschriebenen Pads S1 und S3. Die mehreren Elektrodenpads 54 sind parallel auf der oberen Oberfläche des Steuerbauelements 50 in der Nähe des Endabschnitts, d. h. dem rechten Ende in 6, des Chips 30 angeordnet. Die mehreren Elektrodenpads 54 (spezifisch die Pads S1 und S3 von diesen Elektrodenpads 54) sind jeweils mit entsprechenden Elektrodenpads 34 (spezifisch den Pads T1 und T3 von diesen Elektrodenpads 34), die in dem Schaltbauelement 30 vorgesehen sind, durch die mehreren Drähte 16 verbunden. Auf diese Weise sind die Pads S1 und S3, die in den mehreren Elektrodenpads 54 enthalten sind, jeweils mit dem Gate-Anschluss (G) und dem Emitteranschluss (E) des IGBT 31 verbunden, das in dem Schaltbauelement 30 enthalten ist.
  • Die Stehspannungsstruktur 55 ist eine Struktur zum Schützen der verschiedenen Steuerschaltungen und dergleichen, die auf der oberen Oberflächenseite des Chips des Steuerbauelements 50 vorgesehen sind, vor einer übermäßigen Spannung, mit der der Hauptkörper 11 der Leiterplatine 10 beaufschlagt wird. Die Stehspannungsstruktur 55 ist in dem Kantenabschnitt der oberen Oberfläche des Chips und dem Umfang des Chips des Steuerbauelements 50, der den Abtast-IGBT 51 und dergleichen umgibt, vorgesehen. Die Konfiguration der Stehspannungsstruktur 55 wird im Folgenden weiter beschrieben, insbesondere die Querschnittskonfiguration.
  • Die Steuerschaltungen 56 und 57 sind im Inneren des Chips in der Mitte des Chips des Steuerbauelements 50 ausgebildet, d. h. beispielsweise auf der rechten Seite des Abtast-IGBT 51 in der Zeichnung. Die Konfiguration der aktiven Elemente, die die Steuerschaltungen 56 und 57 bilden, wird im Folgenden weiter beschrieben, insbesondere eine Querschnittskonfiguration.
  • In einem Fall, in dem die Versorgungsspannung von einer Energieversorgung empfangen wird, die von der ECU unabhängig ist, kann ein Grenzflächenelektrodenpad (in den Zeichnungen nicht gezeigt), das mit der Energieversorgung verbunden ist und die Versorgungsspannung den Steuerschaltungen 56 und 57 zuführt, vorgesehen werden. Das Grenzflächenelektrodenpad kann mit dem Energieversorgungsanschluss, der parallel mit den Anschlüssen 11b, 12 und 13 vorgesehen ist, mittels der Drähte (in den Zeichnungen nicht gezeigt) verbunden sein.
  • 7 ist eine Schnittansicht in Bezug auf die in 6 gezeigte Referenzlinie BB und zeigt eine Querschnittsstruktur des Steuerbauelements 50, insbesondere des Abtast-IGBT 51, der aktiven Elemente, die die Steuerschaltungen 56 und 57 bilden, und der Stehspannungsstruktur 55. Genauso wie der Chip des Schaltbauelements 30 umfasst der Chip des Steuerbauelements 50 den Hauptkörper 11 der Leiterplatine 10, d. h. die Kollektorelektrode 45, und ein p+-Typ-Halbleitersubstrat 71, das zu einer p+-Typ-Kollektorregion wird, eine n+-Typ-Pufferregion 72 und eine n–-Typ-Driftregion 73, die in der angegebenen Reihenfolge auf der Kollektorelektrode 45 geschichtet sind. Des Weiteren ist eine p-Typ-Basisregion 65 auf der n–-Typ-Driftregion 73 zu der rechten Seite der Mitte der vorderen Oberflächenschicht des Chips vorgesehen. Die vordere Oberflächenelementstruktur des Abtast-IGBT 51 ist auf der linken Seite der oberen Oberfläche des Chips, d. h. auf der n–-Typ-Driftregion 73 vorgesehen, die aktiven Elemente, die die Steuerschaltungen 56 und 57 bilden, sind auf der rechten Seite der vorderen Oberflächenschicht des Chips, d. h. auf der p-Typ-Basisregion 65 vorgesehen und die Stehspannungsstruktur 55 ist auf dem Kantenabschnitt der vorderen Oberflächenschicht und dem Umfang des Chips vorgesehen.
  • Die vordere Oberflächenelementstruktur des Abtast-IGBT 51 umfasst eine p+-Typ-Region (d. h. eine p+-Typ-Vertiefung) 60, eine p-Typ-Basisregion 61, eine n+-Typ-Emitterregion 62, eine Gate-Elektrode 63 und eine Emitterelektrode 64. Diese Komponenten sind genauso wie in dem IGBT 31 des Schaltbauelements 30 ausgebildet, mit Ausnahme der im Folgenden beschriebenen Punkte.
  • Die Diffusionstiefe D60 der p+-Typ-Region 60 ist geringer als die Diffusionstiefe D40 der p+-Typ-Region 40 des Schaltbauelements 30, d. h. D60 < D40. Anders ausgedrückt, die Dicke der n–-Typ-Driftregion 73 zwischen der p+-Typ-Region 60 und der n+-Typ-Pufferregion 72 ist größer als die Dicke der n–-Typ-Driftregion 23 zwischen der p+-Typ-Region 40 und der n+-Typ-Pufferregion 22 in dem Schaltbauelement 30. Auf diese Weise wird die Stehspannung des Steuerbauelements 50 ungefähr gleich der (z. B. 600 V) oder größer als (z. B. 700 V) die Stehspannung des Schaltbauelements 30. Wenn eine positive Stoßspannung auftritt, wird der IGBT 31 dementsprechend vor dem Abtast-IGBT 51 durchgestoßen und der Stromstoß fließt selektiv (d. h. wird eingerastet) durch das Schaltbauelement 30 mit der höheren Durchschlagsfestigkeitsmenge, und folglich werden das Steuerbauelement 50 und insbesondere die Steuerschaltungen 56 und 57 mit einer niedrigen Durchschlagsfestigkeitsmenge geschützt. Dies ist in einem Fall besonders wirksam, in dem das Anlegen einer Stoßspannung plötzlicher als der Betrieb einer Schutzschaltung, wie die CGZD 32, ist, wie im Fall eines elektrostatischen Entladungsstoßes (ESD-Stoß).
  • Die Verunreinigungskonzentration der n+-Typ-Pufferregion 72 ist niedriger als die Verunreinigungskonzentration der n+-Typ-Pufferregion 22 des Schaltbauelements 30. Auf diese Weise wird die Stehspannung zwischen dem Emitter und dem Kollektor des Steuerbauelements 50 größer gleich der Stehspannung zwischen dem Emitter und dem Kollektor des Schaltbauelements 30. Wenn ein negativer Stromstoß auftritt, fließt der Stromstoß dementsprechend selektiv durch das Schaltbauelement 30 mit einer hohen Durchschlagsfestigkeitsmenge, und folglich werden das Steuerbauelement 50 und insbesondere die Steuerschaltungen 56 und 57 mit einer niedrigen Durchschlagsfestigkeitsmenge geschützt.
  • Die aktiven Elemente der Steuerschaltungen 56 und 57 umfassen beispielsweise Verarmungs-MOSFET und weisen eine n+-Typ-Source-Region 66, eine n+-Typ-Drain-Region 67, eine n–-Typ-Region 68, eine Gate-Elektrode 69a, eine Source-Elektrode 69b und eine Drain-Elektrode 69c auf. Die n+-Typ-Source-Region 66 und die n+-Typ-Drain-Region 67 sind jeweils auf einer Seite und einer anderen Seite, d. h. der rechten Seite und der linken Seite in 7, auf der vorderen Oberfläche der p-Typ-Basisregion 65 angeordnet. Die n–-Typ-Region 68 ist eine n-Typ-Region mit einer niedrigeren Verunreinigungskonzentration als die n+-Typ-Source-Region 66 und die n+-Typ-Drain-Region 67 und ist zwischen der n+-Typ-Source-Region 66 und der n+-Typ-Drain-Region 67 auf der vorderen Oberfläche der p-Typ-Basisregion 65 angeordnet. Die Gate-Elektrode 69a ist von dem Gate-Isolierfilm bedeckt und auf der n–-Typ-Region 68 angeordnet. Die Source-Elektrode 69b ist auf und in Kontakt mit der n+-Typ-Source-Region 66 angeordnet. Die Drain-Elektrode 69c ist auf und in Kontakt mit der n+-Typ-Drain-Region 67 angeordnet.
  • Die Kollektorelektrode 45 ist ein Abschnitt des Hauptkörpers 11 der Leiterplatine 10 und ist in Kontakt mit der gesamten hinteren Oberfläche des Chips. Die Kollektorelektrode 45 wird mit dem Schaltbauelement 30 geteilt. Die Emitterelektrode 64 ist auf der vorderen Oberflächenseite des Chips angeordnet und die vordere Oberflächenelementstruktur des Abtast-IGBT 51, einschließlich der p+-Typ-Region 60 (p+-Typ-Vertiefung), die der Emitterelektrode 64 entspricht, und die aktiven Elemente, die die Steuerschaltungen 56 und 57 bilden, sind auf der vorderen Oberflächenseite des Chips vorgesehen.
  • In der vorliegenden Ausführungsform sind die Kollektorregion des Abtast-IGBT 51, die Region, an der die p+-Typ-Region 60 vorgesehen ist, und die Basisregion vom p-Typ und die Pufferregion, die Driftregion und die Emitterregion sind vom n-Typ, dies ist jedoch lediglich ein Beispiel, und die Kollektorregion, die Region, an der die p+-Typ-Region 60 vorgesehen ist, und die Basisregion können stattdessen vom n-Typ sein und die Pufferregion, die Driftregion und die Emitterregion können vom p-Typ sein. Des Weiteren ist die Basisregion der aktiven Elemente, die die Steuerschaltungen 56 und 57 bilden, vom p-Typ und die Source-Region, die Drain-Region und die Region, an der die n–-Typ-Region 68 vorgesehen ist, sind vom n-Typ, dies ist jedoch lediglich ein Beispiel, und die Basisregion kann stattdessen vom n-Typ sein und die Source-Region, die Drain-Region und die Region, an der die n–-Typ-Region 68 vorgesehen ist, können vom p-Typ sein.
  • In dem Steuerbauelement 50 sind die aktiven Elemente, die die Steuerschaltungen 56 und 57 bilden, auf dem p+-Typ-Halbleitersubstrat 71, der n+-Typ-Pufferregion 72 und der n–-Typ-Driftregion 73 vorgesehen, die in der angegebenen Reihenfolge auf dem Hauptkörper 11 der Leiterplatine 10, d. h. der Kollektorelektrode 45 geschichtet sind. Diese Regionen werden mit dem p+-Typ-Halbleitersubstrat 21, der n+-Typ-Pufferregion 22 und der n–-Typ-Driftregion 23 des Schaltbauelements 30 geteilt. Dementsprechend setzt das Steuerbauelement 50 durch Einbinden dieser Regionen eine Beständigkeit um, die mindestens ungefähr gleich der Beständigkeit des Schaltbauelements 30 ist, und setzt insbesondere eine Beständigkeit in Bezug auf die übermäßige Spannung um, die zwischen der Emitterelektrode und der Kollektorelektrode beaufschlagt wird.
  • Die Stehspannungsstruktur 55 wird durch Bereitstellen einer Außenumfangskantenregion mit einer konstanten Breite ausgebildet, die die vordere Oberflächenelementstruktur des Abtast-IGBT 51, die aktiven Elemente der Steuerschaltungen 56 und 57 und dergleichen im Umfang des Chips umgibt. Diese Region umfasst keine Trägerregionen, wie die p+-Typ-Region 60, die die vordere Oberflächenelementstruktur bildet. Wenn eine Stoßspannung von der Emitterelektrode 64 zu der Kollektorelektrode 45 mittels der Außenkante des Chips aufgrund des Auftretens eines negativen Stromstoßes fließt, wird auf diese Weise insbesondere durch Einschieben der n–-Typ-Driftregion 73 mit einer ausreichenden Breite zwischen der p+-Typ-Region 60 unter der Emitterelektrode 64 und der Außenkante des Chips eine ausreichende Beständigkeit erlangt.
  • Die Stehspannungsstruktur 55 wird durch weiteres Bereitstellen beispielsweise eines p+-Typ-Schutzrings 75, einer n+-Typ-Kanal-Stopperregion 76, einer Isolierschicht 74, einer Stopperelektrode 78 und eines Passivierungsfilms 79 in dem Kantenabschnitt der oberen Oberfläche des Chips ausgebildet. Diese Komponenten werden auf dieselbe Weise wie in der Stehspannungsstruktur 35 des Schaltbauelements 30 ausgebildet. Wenn eine Stoßspannung von der Kollektorelektrode 45 an die Emitterelektrode 64 mittels der Außenkante des Chips angelegt wird oder wenn eine Stoßspannung von der Emitterelektrode 64 an die Kollektorelektrode 45 mittels der Außenkante des Chips angelegt wird, bleibt das Potential an der vorderen Oberfläche des Chips auf diese Weise stabil, indem sie diese Stoßspannung durch die Umfangskantenregion oder die mehreren p+-Typ-Schutzringe 75 und die Stopperelektrode 78 hindurchtreten lässt.
  • Durch Bereitstellen der Stehspannungsstruktur an das Steuerbauelement 50 auf dieselbe Weise wie das Schaltbauelement 30 ist es möglich, die Kollektorelektrode 45 zwischen dem Steuerbauelement 50 und dem Schaltbauelement 30 zu teilen, d. h. es ist möglich, das Kollektorpotential zu teilen. Auf diese Weise werden ein Trennrahmen, eine Isolierschicht und dergleichen zum Trennen der Potentiale jeweiliger Chips voneinander unnötig und es ist möglich, jeden Chip einfach zu konfigurieren.
  • Des Weiteren wird beispielsweise durch Einstellen der Stehspannungsstruktur 55 darauf, eine größere Breite als die Umfangskantenregion aufzuweisen, die Stehspannungsstruktur 55 dazu konfiguriert, eine höhere Stehspannung als die Stehspannungsstruktur 35 des Schaltbauelements 30 aufzuweisen. Auf diese Weise weist das Steuerbauelement 50 eine höhere Stehspannung in Bezug auf die übermäßige Spannung, die zwischen der Emitterelektrode 64 und der Kollektorelektrode 45 beaufschlagt wird, als das Schaltbauelement 30 auf und durch Bewirken, dass der Stromstoß selektiv durch das Schaltbauelement 30 mit einer hohen Durchschlagsfestigkeitsmenge hindurchtritt, wenn beispielsweise ein negativer Stromstoß auftritt, werden das Steuerbauelement 50 und insbesondere die Steuerschaltungen 56 und 57 mit einer niedrigen Durchschlagsfestigkeitsmenge geschützt.
  • Die CGZD 32 funktioniert für eine niedrige Stoßspannung, die Stehspannung, die von dem Unterschied der Diffusionstiefe zwischen den p+-Typ-Regionen 40 und 60 verursacht wird, funktioniert für eine mittlere Stoßspannung und der Unterschied der Stehspannungen zwischen den Stehspannungsstrukturen 35 und 55 funktioniert für eine hohe Stoßspannung, wodurch die Steuerschaltungen 56 und 57 geschützt werden.
  • 8 zeigt einen Herstellungsablauf des Schaltbauelements 30 und des Steuerbauelements 50, die in dem Zünder 100 enthalten sind. Es sollte beachtet werden, dass, da der Herstellungsablauf nahezu identisch für das Schaltbauelement 30 und das Steuerbauelement 50 ist, der Herstellungsablauf des Schaltbauelements 30 hier beschrieben wird.
  • In Schritt S1 wird ein Epitaxiesubstrat ausgebildet. Das Epitaxiesubstrat wird durch epitaxiales Wachsenlassen der n+-Typ-Pufferregion 22 und der n–-Typ-Driftregion 23 in der angegebenen Reihenfolge auf der oberen Oberfläche des p+-Typ-Halbleitersubstrats 21 ausgebildet, das zu der p+-Typ-Kollektorregion wird. Die vordere Oberflächenelementstruktur des IGBT 31 wird auf dem Epitaxiesubstrat, d. h. auf der n–-Typ-Driftregion 23 ausgebildet.
  • In Schritt S2 wird ein anfänglicher Oxidfilm auf der oberen Oberfläche des Epitaxiesubstrats, d. h. auf der oberen Oberfläche der n–-Typ-Driftregion 23 unter Verwendung von beispielsweise thermischer Oxidation ausgebildet.
  • In Schritt S3 wird die p-Typ-Basisregion 41 ausgebildet. Die p-Typ-Basisregion 41 wird ausgebildet, indem eine Resistmaske, die eine Öffnung aufweist, die der Form der p-Typ-Basisregion 41 entspricht, durch Photolithographie und Ätzen ausgebildet wird, p-Typ-Verunreinigungen unter Verwendung dieser Resistmaske implantiert werden und die p-Typ-Verunreinigungen durch thermische Verarbeitung (Kanalantrieb) aktiviert werden.
  • In Schritt S4 wird die p+-Typ-Region 40 ausgebildet. Die p+-Typ-Region 40 wird ausgebildet, indem eine Oxidfilmmaske, die eine Öffnung aufweist, die der Form der p+-Typ-Region 40 entspricht, durch Strukturieren des anfänglichen Oxidfilms ausgebildet wird, p-Typ-Verunreinigungen unter Verwendung dieser Oxidmaske implantiert werden und die p-Typ-Verunreinigungen durch thermische Verarbeitung (Vertiefungsantrieb) aktiviert werden. Nach der Aktivierung wird die Oxidfilmmaske entfernt.
  • In Schritt S5 wird ein LOCOS-Film durch LOCOS-Oxidation zwischen jedem der Elemente des IGBT 31 ausgebildet.
  • In Schritt S6 wird ein Gate-Oxidfilm auf dem Epitaxiesubstrat ausgebildet.
  • In Schritt S7 wird die Gate-Elektrode 43 ausgebildet. Ein undotierter Polysiliciumfilm wird auf dem Gate-Oxidfilm abgeschieden, das Epitaxiesubstrat wird beispielsweise einer Phosphorylchlorid-Gasatmosphäre (POCl3-Gasatmosphäre) ausgesetzt und der Polysiliciumfilm wird zum n-Typ gemacht. Als ein Beispiel kann der Polysiliciumfilm, der dazu dotiert wird, vom n-Typ zu sein, durch Abscheiden von Polysilicium, das dazu dotiert ist, vom n-Typ zu sein, ausgebildet werden. Die Gate-Elektrode 43 wird durch Strukturieren dieses Polysiliciumfilms ausgebildet.
  • In Schritt S8 wird die n+-Typ-Emitterregion 42 ausgebildet. Die n+-Typ-Emitterregion 42 wird ausgebildet, indem eine Resistmaske, die eine Öffnung aufweist, die der Form der n+-Typ-Emitterregion 42 entspricht, durch Photolithographie und Ätzen ausgebildet wird, n-Typ-Verunreinigungen unter Verwendung dieser Resistmaske implantiert werden und die n-Typ-Verunreinigungen durch thermische Verarbeitung aktiviert werden.
  • In Schritt S9 wird ein Zwischenschicht-Isolierfilm wie BPSG (Borphosphorsilikatglas) auf der oberen Oberfläche des Epitaxiesubstrats ausgebildet.
  • In Schritt S10 wird die vordere Oberflächenelektrode ausgebildet. Die Zwischenschicht-Isolierfilm wird selektiv entfernt, um Kontaktlöcher zu bilden, in denen der p+-Typ-Schutzring 25 und dergleichen exponiert werden. Beispielsweise kann–ein Aluminium-Siliciumfilm (Al-Si-Film) auf der gesamten oberen Oberfläche der Epitaxieschicht abgeschieden. Die vorderen Oberflächenelektroden, wie die Emitterelektrode 44 und die Stopperelektrode 28 des IGBT 31, werden durch Strukturieren dieses Aluminium-Siliciumfilms ausgebildet.
  • In Schritt S11 wird die gesamte obere Oberfläche des Epitaxiesubstrats von einem Passivierungsfilm (Schutzfilm) bedeckt.
  • In Schritt S12 wird die hintere Oberfläche des Epitaxiesubstrats, d. h. das p+-Typ-Halbleitersubstrat 21, heruntergeschliffen, um die Dicke des Substrats einzustellen.
  • In Schritt S13 wird die hintere Oberflächenstruktur ausgebildet. Das Epitaxiesubstrat ist auf dem Hauptkörper 11 der Leiterplatine 10 installiert und die Kollektorelektrode 45 ist auf der gesamten hinteren Oberfläche des Substrats ausgebildet. Auf diese Weise wird das Schaltbauelement 30 vervollständigt.
  • 9 zeigt eine Konfiguration eines Zündbauelements 200, das den Zünder 100 umfasst. Das Zündbauelement 200 ist beispielsweise in einer Verbrennungsmaschineneinrichtung eines Automotors vorgesehen und ist den Zünder 100, eine ECU 210, eine Zündspule 220 und eine Zündkerze 230 enthaltend konfiguriert.
  • Der Zünder 100 ist als ein Beispiel die oben beschriebene Schaltvorrichtung und schaltet, wenn Strom durch eine Primärspule L1 der Zündspule 220 fließt, durch Verwenden des darin enthaltenen Schaltbauelements 30 um. Der Anschluss (Gate-Anschluss) 13 des Zünders 100 ist mit der ECU 210 verbunden, der Anschluss (Kollektoranschluss) 11b ist mit der Primärspule L1 der Zündspule 220 verbunden und der Anschluss (Emitteranschluss) 12 ist mit einer Fahrzeugkarosserie verbunden, die als Erde dient.
  • Die ECU 210 überträgt ein Steuersignal an den Zünder 100 und steuert den Betrieb des Zünders 100, d. h. den Betrieb des Motors.
  • Eine externe Energieversorgung (in den Zeichnungen nicht gezeigt) kann weiterhin als eine Grenzflächenenergieversorgung des Zünders 100 vorgesehen werden. Die externe Energieversorgung kann bei Bedarf verwendet werden, wenn die Signalspannung des Steuersignals der ECU niedrig ist oder wesentlich abfällt, wenn die Energieversorgung für eine hohe Anzahl von Grenzflächen oder dergleichen vorgesehen werden muss. Die externe Energieversorgung ist mit einem Grenzflächenelektrodenpad (in den Zeichnungen nicht gezeigt) des Steuerbauelements 50 des Zünders 100 verbunden und führt die Versorgungsspannung den Steuerschaltungen 56 und 57 und dergleichen zu.
  • Die Zündspule 220 ist ein Wandler, der eine hohe Spannung erzeugt, die von der Zündkerze 230 entladen wird. Die Zündspule 220 umfasst die Primärspule L1 und die Sekundärspule L2. Ein Ende der Primärspule L1 ist mit der Energieversorgung 222 verbunden und das andere Ende ist mit dem Anschluss (Kollektoranschluss) 11b des Zünders 100, d. h. dem Schaltbauelement 30 verbunden. Ein Ende der Sekundärspule L2 ist mit der Energieversorgung 222 verbunden und das andere Ende ist mit der Zündkerze 230 mittels der Diode 224 verbunden.
  • Die Zündkerze 230 ist im Brennraum der Verbrennungsmaschineneinrichtung vorgesehen und entlädt die hohe Spannung, die von der Zündspule 220 zugeführt wird, um ein Mischgas zu entzünden, das Kraftstoff und Luft enthält.
  • In dem Zündbauelement 200 empfängt der Zünder 100 ein Steuersignal (EIN-Signal) von der ECU 210 und schaltet den IGBT 31 in dem Schaltbauelement 30 auf EIN. Auf diese Weise wird Elektrizität durch die Primärspule L1 der Zündspule 220 geleitet. Der Zünder 100 empfängt ein Steuersignal (AUS-Signal) von der ECU und schaltet den IGBT 31 auf AUS. Auf diese Weise wird die Leitung der Primärspule L1 der Zündspule 220 abgeschaltet. Wenn diese Abschaltung durchgeführt wird, tritt eine Spannung von ungefähr 300 V in der Primärspule L1 der Zündspule 220 auf, die bewirkt, dass eine Spannung von ungefähr 30 kV in der Sekundärspule L2 auftritt und durch die Zündkerze 230 entladen wird.
  • Mit dem Zünder 100 gemäß der vorliegenden Ausführungsform fließt der Störstrom des IGBT 31, der in dem Schaltbauelement 30 enthalten ist, durch Ausbilden des Schaltbauelements 30 und des Steuerbauelements 50 in unabhängigen Chips nicht durch das Steuerbauelement 50 und Betriebsfehler in der darin enthaltenen Steuerschaltung, die von dem Störstrom verursacht werden, treten nicht auf. Des Weiteren können dadurch, dass eine selbstisolierende Region zum Abschalten des Störstroms des IGBT unnötig gemacht wird, die Chips dahingehend konfiguriert werden, kompakter zu sein.
  • Die Schaltvorrichtung gemäß der vorliegenden Ausführungsform ist als ein Beispiel ein Zünder zum Entzünden eines Mischgases unter Verwendung einer Zündkerze in einem Automotor, die vorliegende Erfindung ist jedoch nicht darauf beschränkt und kann als eine Schaltvorrichtung verwendet werden, die beispielsweise in einem Leistungsgerät wie einem Antriebsmotor verwendet wird.
  • Obwohl die Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung beschrieben wurden, ist der technische Schutzumfang der Erfindung nicht auf die oben beschriebenen Ausführungsformen beschränkt. Es ist für Fachmänner offensichtlich, dass verschiedene Änderungen oder Verbesserungen den oben beschriebenen Ausführungsformen hinzugefügt werden können. Es ist aus dem Schutzumfang der Ansprüche auch offensichtlich, dass die mit derartigen Änderungen oder Verbesserungen hinzugefügten Ausführungsformen in den technischen Schutzumfang der Erfindung eingebunden werden können.
  • Die Arbeitsabläufe, Vorgehensweisen, Schritte und Stufen jedes Vorgangs, der von einer Vorrichtung, einem System, einem Programm und einem Verfahren durchgeführt wird, die bzw. das in den Ansprüchen, den Ausführungsformen oder den Diagrammen gezeigt ist, kann in einer beliebigen Reihenfolge durchgeführt werden, so lange die Reihenfolge nicht durch „vor”, „zuvor” oder dergleichen angegeben wird und so lange die Ausgabe von einem vorherigen Vorgang nicht in einem späteren Vorgang verwendet wird. Selbst wenn der Vorgangsablauf unter Verwendung von Phrasen wie „zuerst” oder „als Nächstes” in den Ansprüchen, den Ausführungsformen oder den Diagrammen beschrieben ist, bedeutet dies nicht unbedingt, dass der Vorgang in dieser Reihenfolge durchgeführt werden muss.
  • Liste von Bezugsziffern
    • 10: Leiterplatine, 11: Hauptkörper, 11a: Öffnung, 11b, 12, 13: Anschluss, 16, 17, 18: Draht, 21: p+-Typ-Halbleitersubstrat (p+-Typ-Kollektorregion), 22: n+-Typ-Pufferregion, 23: n–-Typ-Driftregion, 24: Isolierschicht, 25: p+-Typ-Schutzring, 26: n+-Typ-Kanal-Stopperregion, 28: Stopperelektrode, 29: Passivierungsfilm, 30: Schaltbauelement, 31: Isolierschicht-Bipolartransistor (IGBT), 32: Kollektor-Gate-Zenerdiode (CGZD), 33: Emitterpad, 34: Elektrodenpad, 35: Stehspannungsstruktur, 36: Stromquelle, 40: p+-Typ-Region, 41: p-Typ-Basisregion, 42: n+-Typ-Emitterregion, 43: Gate-Elektrode, 44: Emitterelektrode, 45: Kollektorelektrode, 50: Steuerbauelement, 51: Abtast-IGBT, 52: Gate-Emitter-Zenerdiode (GEZD), 53: Gate-Pad, 54: Elektrodenpad, 55: Stehspannungsstruktur, 56, 56: Steuerschaltung, 56a, 57a: Schaltungsabschnitt, 56b, 57b: aktives Element, 60: p+-Typ-Region, 61: p-Typ-Basisregion, 62: n+-Typ-Emitterregion, 63: Gate-Elektrode, 64: Emitterelektrode, 65: Elektrodentyp-Basisregion, 66: n+-Typ-Source-Region, 67: n+-Typ-Drain-Region, 68: n–-Typ-Region, 69a: Gate-Elektrode, 69b: Source-Elektrode, 69c: Drain-Elektrode, 70: Baugruppe, 71: p+-Typ-Halbleitersubstrat (p+-Typ-Kollektorregion), 72: n+-Typ-Pufferregion, 73: n–-Typ-Driftregion, 74: Isolierschicht, 75: p+-Typ-Schutzring, 76: n+-Typ-Kanal-Stopperregion, 78: Stopperelektrode, 79: Passivierungsfilm, 100: Zünder, 200: Zündbauelement, 210: ECU, 214: Diode, 220: Zündspule, 230: Zündkerze, D2: Diode, L1: Primärspule, L2: Sekundärspule, R1, R2, RGE: Widerstand, R51: Abtastwiderstand, S1, S3, T1, T3: Pad
  • ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
  • Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
  • Zitierte Patentliteratur
    • JP 2011-119542 [0003]

Claims (12)

  1. Schaltvorrichtung, die Folgendes umfasst: einen Leiter; ein Schaltbauelement, das den Leiter auf einer ersten Oberfläche berührt und zwischen einem ersten Anschluss auf der ersten Oberflächenseite und einem zweiten Anschluss auf einer zweiten Oberflächenseite, die entgegengesetzt zu der ersten Oberfläche ist, umschaltet; und ein Steuerbauelement, das den Leiter auf einer dritten Oberfläche berührt und eine Steuerschaltung des Schaltbauelements, die auf einer vierten Oberflächenseite vorgesehen ist, die entgegengesetzt zu der dritten Oberfläche ist, und eine erste Stehspannungsstruktur umfasst, die die Steuerschaltung vor einer übermäßigen Spannung, mit der der Leiter beaufschlagt wird, schützt.
  2. Schaltvorrichtung nach Anspruch 1, wobei die erste Stehspannungsstruktur auf einem Kantenabschnitt der vierten Oberfläche des Steuerbauelements vorgesehen ist.
  3. Schaltvorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, wobei das Schaltbauelement eine zweite Stehspannungsstruktur umfasst, die eine Schaltung auf der zweiten Oberflächenseite vor einer übermäßigen Spannung, mit der der Leiter beaufschlagt wird, schützt.
  4. Schaltvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, wobei das Steuerbauelement eine höhere Stehspannung zwischen den Oberflächen davon als das Schaltbauelement aufweist.
  5. Schaltvorrichtung, die Folgendes umfasst: einen Leiter; ein Schaltbauelement, das den Leiter auf einer ersten Oberfläche berührt und zwischen einem ersten Anschluss auf der ersten Oberflächenseite und einem zweiten Anschluss auf einer zweiten Oberflächenseite, die entgegengesetzt zu der ersten Oberfläche ist, umschaltet; und ein Steuerbauelement, das den Leiter auf einer dritten Oberfläche berührt und eine Steuerschaltung des Schaltbauelements umfasst, die auf einer vierten Oberflächenseite vorgesehen ist, die entgegengesetzt zu der dritten Oberfläche ist, wobei das Steuerbauelement eine höhere Stehspannung zwischen den Oberflächen davon als das Schaltbauelement aufweist.
  6. Schaltvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 5, wobei das Steuerbauelement und das Schaltbauelement in der Reihenfolge von einer Leiterseite eine Kollektorschicht von einem ersten Leitfähigkeitstyp, eine Pufferschicht von einem zweiten Leitfähigkeitstyp, eine Driftschicht vom zweiten Leitfähigkeitstyp und eine Vertiefung vom ersten Leitfähigkeitstyp umfassen, die vorgesehen sind, um einem Emitteranschluss auf einer Oberflächenseite, die entgegengesetzt zu dem Leiter ist, zu entsprechen.
  7. Schaltvorrichtung nach Anspruch 6, wobei das Steuerbauelement kann eine dickere Driftschicht vom zweiten Leitfähigkeitstyp zwischen der Vertiefung vom ersten Leitfähigkeitstyp und der Pufferschicht vom zweiten Leitfähigkeitstyp als das Schaltbauelement aufweist.
  8. Schaltvorrichtung nach Anspruch 6 oder 7, wobei das Steuerbauelement eine niedrigere Verunreinigungskonzentration in der Pufferschicht vom zweiten Leitfähigkeitstyp als das Schaltbauelement aufweist.
  9. Schaltvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 8, wobei die Steuerschaltung ein Steuersignal eingibt, das bezeichnet, ob das Schaltbauelement auf EIN geschaltet werden soll, und die Steuerschaltung eine Gate-Spannung eines Schaltelements im Inneren des Schaltbauelements gemäß dem Steuersignal unter Verwendung des Steuersignals als eine Energieversorgung steuert.
  10. Schaltvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 9, wobei das Schaltbauelement einen Isolierschicht-Bipolartransistor als ein Schaltelement umfasst.
  11. Schaltvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 10, wobei die Schaltvorrichtung als ein Zünder fungiert und das Schaltbauelement umschaltet, wenn Strom durch eine Primärspule einer Zündspule fließt.
  12. Zündbauelement, das Folgendes umfasst: die Schaltvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 11; eine Steuervorrichtung, die die Schaltvorrichtung steuert; und eine Zündspule, die eine Primärspule, die mit dem Schaltbauelement der Schaltvorrichtung verbunden ist, und eine Sekundärspule, die mit einer Zündkerze einer Verbrennungsmaschineneinrichtung verbunden ist, umfasst.
DE102017203138.7A 2016-03-18 2017-02-27 Schaltvorrichtung und Zündbauelement Withdrawn DE102017203138A1 (de)

Applications Claiming Priority (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2016055836A JP6707930B2 (ja) 2016-03-18 2016-03-18 スイッチ装置および点火装置
JP2016-055836 2016-03-18

Publications (1)

Publication Number Publication Date
DE102017203138A1 true DE102017203138A1 (de) 2017-09-21

Family

ID=59751755

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
DE102017203138.7A Withdrawn DE102017203138A1 (de) 2016-03-18 2017-02-27 Schaltvorrichtung und Zündbauelement

Country Status (4)

Country Link
US (1) US10060405B2 (de)
JP (1) JP6707930B2 (de)
CN (1) CN107204365B (de)
DE (1) DE102017203138A1 (de)

Families Citing this family (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE102016207381A1 (de) * 2016-04-29 2017-11-02 Robert Bosch Gmbh Schaltelement mit einer Temperaturüberwachung und Verfahren zur Temperaturüberwachung
US9991379B1 (en) * 2016-11-17 2018-06-05 Sanken Electric Co., Ltd. Semiconductor device with a gate insulating film formed on an inner wall of a trench, and method of manufacturing the same
JP7173661B2 (ja) 2018-11-16 2022-11-16 ミネベアミツミ株式会社 湿度検出装置

Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2011119542A (ja) 2009-12-04 2011-06-16 Fuji Electric Systems Co Ltd 内燃機関点火装置用半導体装置

Family Cites Families (12)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPS6221267A (ja) 1985-07-19 1987-01-29 Sanyo Electric Co Ltd 集積回路
JP3182848B2 (ja) * 1992-03-24 2001-07-03 富士電機株式会社 半導体装置
JP3178236B2 (ja) * 1993-11-26 2001-06-18 富士電機株式会社 ハイブリッドスイッチ
WO2001090572A1 (fr) * 2000-05-26 2001-11-29 Hitachi, Ltd. Dispositif d'allumage pour moteur à combustion interne
JP3740008B2 (ja) * 2000-10-11 2006-01-25 株式会社日立製作所 車載イグナイタ、絶縁ゲート半導体装置及びエンジンシステム
JP4449772B2 (ja) * 2004-04-09 2010-04-14 株式会社デンソー パワー半導体スイッチング素子及びそれを用いた半導体パワーモジュール
WO2012036247A1 (ja) * 2010-09-17 2012-03-22 富士電機株式会社 半導体装置
JP2012243930A (ja) * 2011-05-19 2012-12-10 Renesas Electronics Corp 半導体装置、半導体パッケージ、および半導体装置の製造方法
JP6098041B2 (ja) * 2012-04-02 2017-03-22 富士電機株式会社 半導体装置
JP6065536B2 (ja) 2012-11-15 2017-01-25 サンケン電気株式会社 半導体装置
JP6330366B2 (ja) * 2013-04-11 2018-05-30 株式会社デンソー 点火装置
US9920736B2 (en) * 2015-02-03 2018-03-20 Fairchild Semiconductor Corporation Ignition control circuit with current slope detection

Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2011119542A (ja) 2009-12-04 2011-06-16 Fuji Electric Systems Co Ltd 内燃機関点火装置用半導体装置

Also Published As

Publication number Publication date
CN107204365A (zh) 2017-09-26
US20170268475A1 (en) 2017-09-21
JP2017174851A (ja) 2017-09-28
US10060405B2 (en) 2018-08-28
CN107204365B (zh) 2021-12-14
JP6707930B2 (ja) 2020-06-10

Similar Documents

Publication Publication Date Title
DE602004009986T2 (de) Effiziente Schutzstruktur gegen elektrostatische Rückwärtsentladung zwischen zwei Kontaktflächen
DE112013007361B4 (de) Halbleitervorrichtung
US20050286194A1 (en) Power transistor device and a power control system for using it
DE112013004262T5 (de) Zündstift, Zündstiftsteuerverfahren und Verbrennungsmotor-Zündvorrichtung
DE10322593A1 (de) Halbleiterbauteil und dieses verwendender integrierter Schaltkreis
DE102010008617A1 (de) Halbleitervorrichtung zum Treiben eines als Brücke geschalteten Leistungstransistors
DE112011104403T5 (de) Halbleiterdrucksensor
DE102014112823B4 (de) Halbleiterschalter mit integriertem Temperatursensor
DE102017203138A1 (de) Schaltvorrichtung und Zündbauelement
DE102014112186A1 (de) Leistungshalbleiterchipgehäuse
DE102006057041B4 (de) Halbleitervorrichtungen mit Struktur zum Erfassen von elektrischem Strom
DE112013007439T5 (de) Halbleiteranordnung
DE102019201284A1 (de) Halbleitervorrichtung, Halbleiterbaugruppe, Halbleitermodul und Halbleiterschaltungsvorrichtung
US9324788B2 (en) Semiconductor device
CN105103284A (zh) 半导体装置
JP6056299B2 (ja) 半導体装置とワイヤオープン不良の検出方法
DE112016005060B4 (de) Zündvorrichtung
US10312343B2 (en) Device and device manufacturing method
DE60004008T2 (de) Halbleiterschaltung mit einem Bauelement mit isoliertem Gate und einer zugehörigen Kontrollschaltung
US11448178B2 (en) Switch control circuit and igniter
DE102014220056B4 (de) Halbleiterbauelement mit Sensorpotential im aktiven Gebiet
DE112021004682T5 (de) Signalübertragungsvorrichtung, elektronische vorrichtung und fahrzeug
DE112021004413T5 (de) Halbleitervorrichtung, Halbleitermodul, Motoransteuerungsvorrichtung und Fahrzeug
US5391951A (en) Integrated circuit having an adjusting component and an adjustable thyristor
WO1989003937A1 (en) Ignition device for internal combustion engines

Legal Events

Date Code Title Description
R012 Request for examination validly filed
R079 Amendment of ipc main class

Free format text: PREVIOUS MAIN CLASS: H01L0029739000

Ipc: F02P0003055000

R119 Application deemed withdrawn, or ip right lapsed, due to non-payment of renewal fee