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Hintergrund der Erfindung
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Gebiet der Erfindung
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Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf ein Gehäuse, eine elektronische Vorrichtung und ein Herstellungsverfahren.
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Beschreibung der verwandten Kunst
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Ein Gehäuse, zum Beispiel für batteriebetriebene Anwendungen, bietet eine physische Hülle für einen oder mehrere elektronische Chips mit einem oder mehreren integrierten Schaltkreiselementen. Beispiele für integrierte Schaltkreiselemente von Gehäusen sind ein Feldeffekttransistor, ein Isolierschicht-Bipolartransistor (IGBT) und eine Diode.
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Es besteht immer noch die Möglichkeit, die Herstellbarkeit eines Gehäuses zu vereinfachen und gleichzeitig den Platzbedarf effizient zu reduzieren und die Stromwege kurz zu halten.
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Zusammenfassung der Erfindung
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Es besteht möglicherweise Bedarf an einem Transistorgehäuse mit effizientem Layout.
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Gemäß einer beispielhaften Ausführungsform wird ein Gehäuse bereitgestellt, das einen ersten Transistorchip, der einen ersten Verbindungsanschluss, einen zweiten Verbindungsanschluss und einen Steueranschluss aufweist, und einen zweiten Transistorchip aufweist, der einen ersten Verbindungsanschluss, einen zweiten Verbindungsanschluss und einen Steueranschluss aufweist, wobei der zweite Transistorchip auf dem ersten Transistorchip angebracht ist, so dass der Steueranschluss des ersten Transistorchips mit dem Steueranschluss des zweiten Transistorchips an einer gemeinsamen Steuerpadstruktur, die nach außen hin freiliegt, Fläche an Fläche elektrisch gekoppelt ist.
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Gemäß einer anderen beispielhaften Ausführungsform wird eine elektronische Vorrichtung bereitgestellt, die ein Gehäuse mit den oben genannten Merkmalen aufweist.
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Gemäß einer weiteren beispielhaften Ausführungsform wird ein Verfahren zum Herstellen eines Gehäuses bereitgestellt, wobei das Verfahren das Bereitstellen eines ersten Transistorchips, der einen ersten Verbindungsanschluss, einen zweiten Verbindungsanschluss und einen Steueranschluss aufweist, das Bereitstellen eines zweiten Transistorchips, der einen ersten Verbindungsanschluss, einen zweiten Verbindungsanschluss und einen Steueranschluss aufweist, und das Stapeln des zweiten Transistorchips an den ersten Transistorchip aufweist, so dass der Steueranschluss des ersten Transistorchips mit dem Steueranschluss des zweiten Transistorchips an einer gemeinsamen Steuerpadstruktur, die nach außen hin freiliegt, Fläche an Fläche elektrisch gekoppelt ist.
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Gemäß einer beispielhaften Ausführungsform wird ein Gehäuse bereitgestellt, in dem zwei Transistorchips (bei denen es sich insbesondere um Feldeffekttransistorchips handeln kann) auf kompakte und leicht zu kontrollierende Weise miteinander verbunden sind. Durch Stapeln der Transistorchips übereinander kann eine kompakte Bauweise erreicht werden. Durch die elektrische Kopplung von Steueranschlüssen (insbesondere Gate-Anschlüssen) der Transistorchips, die einander gegenüberliegen, kann es vorteilhaft möglich werden, mit geringem Aufwand nur ein gemeinsames Steuersignal zur Steuerung beider Steueranschlüsse anzulegen. Dies kann vorteilhafterweise auch die Steuerschaltung zur Ansteuerung der Transistorchips vereinfachen. Außerdem können durch die direkte elektrische Kopplung der Transistorchips und insbesondere ihrer Steueranschlüsse Fläche an Fläche die elektrischen Verbindungswege kurz gehalten werden, wodurch eine hohe Signalintegrität und geringe Signalverluste gewährleistet werden können. Die beschriebene Gehäusearchitektur kann mit einer kleinen Grundfläche und damit einer hohen Leistungsdichte realisiert werden. Darüber hinaus kann ein kleiner parasitärer Widerstand und damit ein hoher Wirkungsgrad erreicht werden. Durch das Freilegen der gemeinsamen Steuerpadstruktur nach außen kann eine einfache elektrische Verbindung der gemeinsamen Steuerpadstruktur zu Steuerungszwecken erreicht werden. Eine solche nach außen freiliegende Pad-Erweiterung kann leicht mit einem elektrisch leitenden Zwischenverbindungselement, wie zum Beispiel einem Bonddraht, elektrisch verbunden werden.
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Beschreibung weiterer beispielhafter Ausführungsformen
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Im Folgenden werden weitere beispielhafte Ausführungsformen des Gehäuses, der elektronischen Vorrichtung und des Herstellungsverfahrens erläutert.
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Im Zusammenhang mit der vorliegenden Anmeldung kann der Begriff „Gehäuse“ insbesondere ein elektronisches Bauteil bezeichnen, das elektronische Komponenten vom Typ Transistor umfassen kann, die vorzugsweise, aber nicht notwendigerweise, auf einem Träger angebracht sind. Diese Bestandteile des Gehäuses können optional zumindest teilweise durch ein Verkapselungsmaterial verkapselt sein. So können beispielsweise viele Gehäuse gleichzeitig als Charge hergestellt werden, bevor sie in einzelne Gehäuse getrennt werden.
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Im Zusammenhang mit der vorliegenden Anmeldung kann der Begriff „Transistorchip“ insbesondere einen elektronischen Chip bezeichnen, der in Halbleitertechnik ausgeführt sein kann und mindestens einen integrierten Transistor aufweisen kann. Der genannte Transistor kann ein Feldeffekttransistor, ein Bipolartransistor mit isoliertem Gate oder eine andere Art von Bipolartransistor sein. Es ist möglich, dass nur der Transistor auf dem Transistorchip als einziges integriertes Schaltungselement realisiert ist. Es ist jedoch auch möglich, dass eine Diode (die zum Beispiel durch die Herstellung eines Feldeffekttransistors als solchen bereitgestellt werden kann oder die getrennt vom Transistor hergestellt werden kann) Teil des Transistorchips ist. In einer weiteren Ausführungsform kann mindestens ein weiteres aktives oder passives integriertes Schaltungselement auf einem Transistorchip ausgebildet sein.
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Im Zusammenhang mit der vorliegenden Anmeldung kann der Begriff „Verbindungsanschluss“ insbesondere eine von typischerweise zwei Anschlüsse eines Transistors bezeichnen, entlang derer sich ein Nutzsignal im Betrieb ausbreiten kann. Im Beispiel eines Feldeffekttransistors sind die genannten Verbindungsanschlüsse ein Source-Anschluss und ein Drain-Anschluss. Bei einem anderen Transistortyp können die beiden Verbindungsanschlüsse Emitter und Kollektor sein.
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Im Zusammenhang mit der vorliegenden Anmeldung kann der Begriff „Steueranschluss“ insbesondere einen Anschluss des Transistors bezeichnen, an den ein Steuersignal angelegt werden kann, mit dem die Eigenschaften eines elektrischen Signals, das sich zwischen den beiden Verbindungsanschlüssen ausbreitet, gesteuert, beeinflusst oder aktiviert/deaktiviert werden können. Im Beispiel eines Feldeffekttransistors oder eines IGBT kann der Steueranschluss der Gate-Anschluss sein. In einer anderen bipolaren Transistorkonfiguration kann der Steueranschluss der Basisanschluss sein.
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Im Zusammenhang mit der vorliegenden Anmeldung kann der Begriff „Fläche an Fläche gekoppelt“ insbesondere bedeuten, dass verbundene Halbleiterchip-Anschlüsse einander gegenüberliegen, um einen gemeinsamen Verbindungsbereich zu bilden. Insbesondere können Fläche an Fläche gekoppelte Halbleiterchipanschlüsse nur durch ein elektrisch leitendes Verbindungsmedium, wie z.B. Lot, Sintermaterial und/oder elektrisch leitenden Klebstoff, direkt elektrisch miteinander verbunden sein. Insbesondere können Halbleiterchipanschlüsse, die Fläche an Fläche gekoppelt sind, außer dem erwähnten elektrisch leitenden Verbindungsmedium kein zusätzliches Element oder Material dazwischen aufweisen.
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Im Zusammenhang mit der vorliegenden Anmeldung kann der Begriff „gemeinsame, nach außen hin freiliegende Steuerpadstruktur“ insbesondere Anschlusspads der gegenüberliegenden gekoppelten Steueranschlüsse bezeichnen, die physisch miteinander verbunden sind, um eine integrale, elektrisch leitende Struktur zu bilden, die beiden Steueranschlüssen gemeinsam ist und eine Oberfläche aufweist, die für die elektronische Peripherie der gestapelten Transistorchips zu elektrischen Verbindungszwecken zugänglich ist.
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Im Zusammenhang mit der vorliegenden Anmeldung kann der Begriff „elektronische Vorrichtung“ insbesondere jede Vorrichtung bezeichnen, die eine elektronische Funktionalität bietet. Insbesondere kann eine solche elektronische Vorrichtung eine batteriebetriebene Vorrichtung sein. In einer solchen batteriebetriebenen Vorrichtung kann ein Gehäuse gemäß beispielhaften Ausführungsformen implementiert sein. Beispielsweise kann ein solches Gehäuse so angeschlossen sein, dass es als bidirektionaler Schalter funktioniert, um die elektronische Vorrichtung vor anormalen Bedingungen, Ausfällen oder Schäden zu schützen. Eine elektronische Vorrichtung kann zum Beispiel ein Mobiltelefon oder ein Laptop sein. Andere Ausführungsformen für elektronische Vorrichtungen sind Elektrowerkzeuge, Unterhaltungsroboter, leichte Elektrofahrzeuge usw.
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In einer Ausführungsform ist der Steueranschluss des ersten Transistorchips ein Gate-Anschluss und der Steueranschluss des zweiten Transistorchips ist ein Gate-Anschluss. Folglich kann die gemeinsame, nach außen freiliegende Steuerpadstruktur ein gemeinsames Gate-Pad sein, das einfach durch ein einziges gemeinsames Gate-Steuersignal gesteuert werden kann.
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In einer Ausführungsform sind der Steueranschluss des ersten Transistorchips und der Steueranschluss des zweiten Transistorchips an einem Absatz zwischen dem ersten Transistorchip und dem zweiten Transistorchip miteinander verbunden. Bei einem solchen mechanischen Absatz kann auf einfache Weise eine zuverlässige elektrisch leitende Verbindung eines elektrisch leitenden Zwischenverbindungselements (zum Beispiel eines Bonddrahts) mit der im Absatzbereich freiliegenden gemeinsamen Steuerpadstruktur hergestellt werden.
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In einer Ausführungsform hat der Steueranschluss des ersten Transistorchips einen erweiterten Abschnitt in Bezug auf (insbesondere zusätzlich zu) den Steueranschluss des zweiten Transistorchips. Dieser erweiterte Abschnitt kann den freiliegenden Teil der gemeinsamen Steuerpadstruktur bilden. Genauer gesagt, kann der Steueranschluss des ersten Transistorchips eine größere seitliche Ausdehnung haben als der Steueranschluss des zweiten Transistorchips, oder umgekehrt. Wenn sie miteinander verbunden sind, kann ein Teil des erweiterten Steueranschlusses seitlich über den anderen Steueranschluss herausragen. Dies kann es ermöglichen, einen Teil der gemeinsamen Steuerpadstruktur an einer Stelle oder in einem Bereich freizulegen, der es erlaubt, einen externen elektrischen Kontakt zu dem erweiterten Abschnitt herzustellen (insbesondere durch Löten eines Bonddrahtes an den freigelegten Teil der gemeinsamen Steuerpadstruktur).
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In einer Ausführungsform ist der erste Verbindungsanschluss des ersten Transistorchips mit dem ersten Verbindungsanschluss des zweiten Transistorchips Fläche an Fläche elektrisch gekoppelt. Gemäß einer solchen vorteilhaften Ausführungsform kann nicht nur eine Verbindung von Fläche an Fläche zwischen den Steueranschlüssen der Transistorchips hergestellt werden, sondern zusätzlich auch eine Verbindung von Fläche an Fläche zwischen zwei entsprechenden Verbindungsanschlüssen der Transistorchips. Dadurch können die elektrischen Wege auch zwischen den ersten Verbindungsanschlüssen der Transistorchips kurz gehalten werden, was die Signalintegrität und Signalqualität weiter verbessert. Darüber hinaus kann die Fläche an Fläche Verbindung auch zwischen den ersten Verbindungsanschlüssen zu einer kompakten Bauweise des Gehäuses beitragen.
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Vorzugsweise kann die direkte Verbindung zwischen den ersten Verbindungsanschlüssen der Transistorchips eine gemeinsame Anschlussflächenstruktur bilden, die nicht nach außen hin freiliegt. Daher kann der Zugriff auf die gemeinsame Anschlusspadstruktur absichtlich deaktiviert werden, da keine externe Steuerung oder kein externer Zugriff auf die entsprechenden Anschlüsse notwendig und erwünscht ist.
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Bei einer Ausführungsform der ersten Verbindungsanschlüssen, die Fläche an Fläche miteinander verbunden sind, ist der erste Verbindungsanschluss des ersten Transistorchips ein Source-Anschluss und der erste Verbindungsanschluss des zweiten Transistorchips ist ein Source-Anschluss. Folglich kann die gemeinsame Anschlusspadstruktur, die von außen nicht zugänglich ist, ein gemeinsames Source-Pad sein.
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In einer alternativen Ausführungsform der einander zugewandten ersten Verbindungsanschlüssen ist der erste Verbindungsanschluss des ersten Transistorchips ein Drain-Anschluss und der erste Verbindungsanschluss des zweiten Transistorchips ein Drain-Anschluss. In einer solchen Konfiguration kann die gemeinsame Anschlusspadstruktur ein gemeinsames Drain-Pad sein.
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In einer Ausführungsform ist der erste Verbindungsanschluss des ersten Transistorchips vollständig auf der erste Verbindungsanschluss des zweiten Transistorchips ausgerichtet. Insbesondere können die Formen, Abmessungen und Positionen der ersten Verbindungsanschlüssen ohne gegenseitige Verschiebung übereinstimmen. So kann ein Oberflächenbereich des ersten Anschlusses des ersten Transistorchips mit einem Oberflächenbereich des ersten Anschlusses des zweiten Transistorchips übereinstimmen. Auf diese Weise kann der Kontaktwiderstand zwischen den ersten Verbindungsanschlüssen sehr klein werden.
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In einer Ausführungsform ist der zweite Verbindungsanschluss des ersten Transistorchips an einer unteren Seite des ersten Transistorchips und der zweite Verbindungsanschluss des zweiten Transistorchips an einer oberen Seite des zweiten Transistorchips angeordnet. Die zweiten Verbindungsanschlüssen der Transistorchips können also einander abgewandt sein. Aufgrund der räumlichen Trennung der zweiten Verbindungsanschlüssen können an den zweiten Verbindungsanschlüssen unterschiedliche Signale anliegen. Dies kann beispielsweise von Vorteil sein, wenn das Gehäuse als bidirektionales Schaltgehäuse konfiguriert wird, beispielsweise zum Schutz einer Batterie vor anormalen Bedingungen.
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Unter Bezugnahme auf die zuvor beschriebene Ausführungsform ist der zweite Verbindungsanschluss des ersten Transistorchips ein Drain-Anschluss und der zweite Verbindungsanschluss des zweiten Transistorchips ein Drain-Anschluss. In einer solchen Konfiguration können der Gate-Anschluss und der Source-Anschluss eines jeweiligen Transistorchips auf einer Hauptoberfläche desselben angeordnet sein und paarweise (wie oben erläutert) mit den jeweiligen Anschlüssen des anderen Transistorchips gekoppelt sein, während die Drain-Anschlüsse auf den gegenüberliegenden äußeren Hauptoberflächen der Transistorchips angeordnet sein können.
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In einer Ausführungsform hat das Gehäuse einen zumindest teilweise elektrisch leitenden Träger, auf dem der erste Transistorchip angebracht ist. Dies kann zum Beispiel so geschehen, dass der Träger mit dem zweiten Anschluss des ersten Transistorchips elektrisch verbunden ist. Im Zusammenhang mit der vorliegenden Anmeldung kann der Begriff „Träger“ insbesondere eine zumindest teilweise elektrisch leitfähige Struktur bezeichnen, die gleichzeitig als Befestigungsbasis für den oder die Transistorchips dient und auch zur elektrischen Verbindung des unterseitigen Transistorchips beiträgt. Mit anderen Worten: Der Chipträger kann eine mechanische Stützfunktion und eine elektrische Verbindungsfunktion erfüllen. Eine direkte Verbindung zwischen dem Träger und des zweiten Verbindungsanschlusses des ersten Transistorchips kann eine große Verbindungsfläche und damit eine gute mechanische, elektrische und thermische Kopplung dazwischen gewährleisten.
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Der Träger ist zum Beispiel eine Metallplatte oder Teil eines Leadframes. Es ist jedoch auch möglich, dass der Träger aus einem Stapel besteht, der aus einer zentralen elektrisch isolierenden und wärmeleitenden Schicht (zum Beispiel einer Keramikschicht) besteht, die auf beiden gegenüberliegenden Hauptoberflächen mit einer entsprechenden elektrisch leitenden Schicht (zum Beispiel einer Kupferschicht oder einer Aluminiumschicht, wobei die entsprechende elektrisch leitende Schicht eine durchgehende oder eine strukturierte Schicht sein kann) bedeckt ist. Insbesondere kann der Träger ein Direct Copper Bonding (DCB)-Substrat oder ein Direct Aluminium Bonding (DAB)-Substrat sein. Der Träger kann jedoch auch als AMB-Substrat (Active Metal Brazing) oder als strukturierte Metallplatte (zum Beispiel ein Leadframe) konfiguriert sein.
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In einer Ausführungsform hat das Gehäuse ein zumindest teilweise elektrisch leitendes oberseitiges Verbindungselement, insbesondere einen Clip, der mit einer oberen Seite des zweiten Transistorchips verbunden ist. Dies kann zum Beispiel so geschehen, dass das oberseitige Verbindungselement mit dem zweiten Anschluss des zweiten Transistorchips elektrisch verbunden ist. Eine direkte Verbindung zwischen dem zweiten Verbindungsanschluss des zweiten Transistorchips und dem Verbindungselement kann eine große Verbindungsfläche und damit eine gute mechanische, elektrische und thermische Kopplung dazwischen gewährleisten.
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In einer Ausführungsform hat das Gehäuse ein zumindest teilweise elektrisch leitendes Zwischenverbindungselement, insbesondere einen Bonddraht, der mit der gemeinsamen Steuerpadstruktur verbunden ist, wo sie nach außen hin freiliegt. Die vertikale Freilegung der gemeinsamen Steuerpadstruktur zwischen den gestapelten Transistorchips kann deren elektrische Verbindung durch das Zwischenverbindungselement vereinfachen. Außerdem kann durch diese Maßnahme die elektrische Zuverlässigkeit der Verbindung erhöht werden.
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Im Rahmen der vorliegenden Anmeldung kann der Begriff „elektrisch leitendes Verbindungselement“ (insbesondere das oberseitige und/oder das dazwischenliegende) insbesondere einen Clip oder einen Bonddraht bezeichnen (wobei letzterer beispielsweise mit kreisförmigem Querschnitt oder als Band geformt sein kann). Unter einem „Clip“ kann insbesondere ein dreidimensional gekrümmtes, plattenförmiges Verbindungselement verstanden werden, das aus einem elektrisch leitfähigen Material (z.B. Kupfer) besteht und ein einstückiger Körper mit Abschnitten sein kann, die mit einem oder mehreren Anschlüssen von elektronischen Bauteilen und mit dem Träger verbunden werden.
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In einer Ausführungsform ist der zweite Transistorchip auf dem ersten Transistorchip mit seitlicher Verschiebung auf beiden Seiten angebracht. Eine solche Ausführungsform ist zum Beispiel in 4 dargestellt. In einer solchen Konfiguration können zwei Chips der gleichen Größe verwendet werden, die gegenseitig seitlich versetzt sind. Dies kann die Freilegung der gemeinsamen oder gemeinsam genutzten Steuerflächenstruktur mit geringem Aufwand fördern.
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In einer anderen Ausführungsform ist der zweite Transistorchip auf dem ersten Transistorchip mit seitlichem Versatz auf einer Seite und in seitlicher Ausrichtung auf einer anderen Seite angebracht. Eine entsprechende Ausführungsform ist in 5 dargestellt. An einer Seitenwand können die Transistorchips zueinander ausgerichtet oder bündig sein, wahlweise auch mit Träger und/oder oberseitigem Verbindungselement. An einer anderen Seitenwand kann der untere erste Transistorchip seitlich über den oberen zweiten Transistorchip hinausragen, so dass dazwischen ein Absatz entsteht, an der die gemeinsame Steuerstruktur für elektrische Verbindungszwecke, insbesondere durch Löten, freigelegt werden kann.
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In einer Ausführungsform hat das Gehäuse einen Kühlkörper, der thermisch mit einer oberen Seite des zweiten Transistorchips gekoppelt ist (siehe zum Beispiel die Ausführungsform von 5). Beispielsweise kann ein oberseitiges Verbindungselement (zum Beispiel ein Clip) in Bezug auf eine Verkapselung des Gehäuses freiliegen und mit einem Kühlkörper thermisch gekoppelt sein, um die von den Transistorchips während des Betriebs des Gehäuses erzeugte Wärme abzuleiten. Ein solcher Kühlkörper kann zum Beispiel eine thermisch gut leitende Platte umfassen, die dem oberseitigen Verbindungselement gegenüberliegt (direkt oder mit einem dielektrischen thermischen Schnittstellenmaterial, TIM, dazwischen). Darüber hinaus kann ein Kühlkörper eine Vielzahl von Kühlrippen umfassen, die sich von der Platte aus erstrecken, um die Effizienz der Wärmeabfuhr weiter zu verbessern. Ein solcher Ansatz kann die thermische Leistung des Gehäuses verbessern.
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In einer Ausführungsform sind der erste Transistorchip und der zweite Transistorchip identische Chips. 1 zeigt eine solche Ausführungsform. So können der erste Transistorchip und der zweite Transistorchip identische oder zumindest im Wesentlichen identische Halbleiterchips sein. Wenn die beiden Transistorchips des Gehäuses in Form, Abmessung und elektrischer Leistung identisch sind, genügt es, nur einen Typ von Transistorchip für die Herstellung des Gehäuses vorzusehen. Dadurch wird der Aufwand gering gehalten. In einer alternativen Ausführungsform ist es jedoch möglich, dass die beiden Transistorchips unterschiedliche Größen, Pad-Konfigurationen und/oder Leistungen aufweisen.
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In einer Ausführungsform ist mindestens einer der ersten und zweiten Transistorchips ein Metalloxid-Halbleiter-Feldeffekttransistor (MOSFET), insbesondere ein Metalloxid-Halbleiter-Feldeffekttransistor vom n-Typ (n-MOSFET). Alternativ können die Transistorchips auch Bipolartransistorchips sein.
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In einer Ausführungsform ist mindestens einer der beiden Transistorchips für den Betrieb mit vertikalem Stromfluss konfiguriert. Dadurch können die elektrischen Verbindungswege kurz gehalten werden. Im Beispiel eines Feldeffekttransistorchips kann elektrischer Strom zwischen einem Drain-Anschluss auf einer Hauptoberfläche des Transistorchips durch das Halbleitermaterial des Transistorchips zu einem anderen Anschluss auf einer gegenüberliegenden anderen Hauptoberfläche des Transistorchips fließen. An der gegenüberliegenden Hauptoberfläche des Transistorchips können ein Source-Pad und ein Gate-Pad ausgebildet sein.
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In einer Ausführungsform hat das Gehäuse ein Verkapselungsmaterial, das den ersten Transistorchip und den zweiten Transistorchip zumindest teilweise einkapselt. Im Zusammenhang mit der vorliegenden Anmeldung kann der Begriff „Verkapselung“ insbesondere ein im Wesentlichen elektrisch isolierendes und vorzugsweise thermisch leitendes Material bezeichnen, das zumindest einen Teil eines jeweiligen Transistorchips und zumindest einen Teil eines Trägers sowie einen Teil des (der) Clips und/oder des Bonddrahts/der Bonddrähte umgibt. Bei der Verkapselung kann es sich beispielsweise um eine Formmasse handeln, die zum Beispiel durch Spritzgießen hergestellt werden kann. Alternativ kann die Verkapselung eine Gießmasse sein, die durch Gießen hergestellt wird.
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Vorzugsweise kann das Verkapselungsmaterial so beschaffen sein, dass es den Zugang von außen zu den ersten Verbindungsanschlüssen des ersten Transistorchips und zu den ersten Verbindungsanschlüssen des zweiten Transistorchips verhindert. Insbesondere in einer Konfiguration, in der die ersten Verbindungsanschlüssen als gemeinsame Source-Pads ausgeführt sind, können die gemeinsamen Source-Pads gegenüber dem Äußeren des Gehäuses elektrisch abgeschirmt sein. Mit anderen Worten, die gemeinsamen Source-Pads können so eingekapselt sein, dass sie von außerhalb des Gehäuses nicht zugänglich sind. Dies kann das Risiko eines fehlerhaften elektrischen Anschlusses des Gehäuses im Rahmen einer elektronischen Vorrichtung unterdrücken.
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In einer Ausführungsform sind der erste Transistorchip und der zweite Transistorchip verbunden, um einen bidirektionalen Schalter zu bilden. Im Zusammenhang mit der vorliegenden Anmeldung kann der Begriff „bidirektionaler Schalter“ insbesondere einen aktiven Schalter bezeichnen, der in der Lage ist, elektrischen Strom in beiden Richtungen zu sperren. Vorteilhafterweise kann ein bidirektionaler Schalter eine elektronische Vorrichtung vor anormalen elektrischen Bedingungen schützen, beispielsweise während des Ladens und/oder Entladens einer Batterie einer elektronischen Vorrichtung. Schaltnetzteiltopologien können ein sicheres Laden und Entladen einer Gerätebatterie mit bidirektionalen Wandlern über denselben Anschluss ermöglichen. Um die Betriebssicherheit zu gewährleisten und Schäden und Ausfälle zu vermeiden, kann ein Schaltnetzteil mit einem Schutzschalter ausgestattet sein. Insbesondere kann ein bidirektionaler Schalter vorteilhaft zum Laden und/oder Entladen und zum Schutz vor verschiedenen Fehlern wie Einschaltstrom, Überstrom, Kurzschluss, Rückspannung oder Über- und Unterspannung verwendet werden. Ein solcher bidirektionaler Schalter kann ein aktiver Schalter sein, der so konfiguriert ist, dass er elektrischen Strom in beide Richtungen sperrt. Ein solcher bidirektionaler Schalter kann Schutz gegen anormale Bedingungen bieten, die versehentlich oder aufgrund von manuellen Fehlern in Batterie- oder Schaltnetzteilanschlüssen auftreten können. Ein bidirektionaler Schalter gemäß beispielhaften Ausführungsformen kann insbesondere durch die Verwendung von zwei n- oder p-Kanal-Feldeffekttransistoren (FETs) realisiert werden. N-Kanal-FETs können aufgrund ihres niedrigen RDSon-Wertes bevorzugt werden.
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In einer Ausführungsform hat die elektronische Vorrichtung eine Steuerschaltung zum Ansteuern des ersten Transistorchips und des zweiten Transistorchips durch ein gemeinsames Steuersignal, das sowohl an den Steueranschluss des ersten Transistorchips als auch an den Steueranschluss des zweiten Transistorchips angelegt wird. Kurz gesagt, die Erzeugung und das Anlegen eines einzigen elektrischen Steuersignals an die gemeinsame Steuerpadstruktur kann ausreichen, um beide Transistorchips so zu steuern, dass sie entlang eines elektrischen Pfades zwischen dem jeweiligen Paar von ersten und zweiten Verbindungsanschlüssen elektrisch leitend oder elektrisch isolierend werden. Durch eine solche gemeinsame Gate-Konfiguration kann ein hohes Maß an Einfachheit der Steuerschaltung der elektronischen Vorrichtung gewährleistet werden.
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Insbesondere können der erste Transistorchip und der zweite Transistorchip verbunden sein, um einen bidirektionalen Schalter zu bilden, und die elektronische Vorrichtung kann eine mit dem bidirektionalen Schalter gekoppelte Batterie umfassen, so dass der bidirektionale Schalter vor anormalen Zuständen während des Ladens und/oder Entladens der Batterie schützt. Daher kann die Transistorkonfiguration des Gehäuses eine batteriebetriebene elektronische Vorrichtung (zum Beispiel ein Mobiltelefon oder einen Laptop) vor anormalen elektrischen Bedingungen schützen.
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In einer Ausführungsform sind die Transistorchips als Leistungshalbleiterchips konfiguriert. So können die Transistorchips (wie zum Beispiel Halbleiterchips) für Leistungsanwendungen zum Beispiel im Automobilbereich verwendet werden und können zum Beispiel mindestens einen integrierten Isolierschicht-Bipolartransistor (IGBT) und/oder mindestens einen Transistor eines anderen Typs (wie zum Beispiel einen MOSFET, einen JFET usw.) und/oder mindestens eine integrierte Diode aufweisen. Solche integrierten Schaltkreiselemente können beispielsweise in Siliziumtechnologie oder auf der Grundlage von Halbleitern mit großer Bandlücke (wie Siliziumkarbid, Galliumnitrid oder Galliumnitrid auf Silizium) hergestellt werden. Ein Halbleiter-Leistungschip kann einen oder mehrere Feldeffekttransistoren, Dioden, Inverterschaltungen, Halbbrücken, Vollbrücken, Treiber, Logikschaltungen, weitere Bauelemente usw. umfassen.
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In Ausführungsformen können die Transistorchips eine Halbbrückenschaltung, eine Kaskadenschaltung, eine Schaltung, die aus einem Feldeffekttransistor und einem Bipolartransistor besteht, die parallel zueinander geschaltet sind, oder eine Leistungshalbleiterschaltung bilden. Daher ist die Gehäusearchitektur gemäß den beispielhaften Ausführungsformen mit den Anforderungen sehr unterschiedlicher Schaltungskonzepte kompatibel.
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Als Substrat oder Wafer, das bzw. der die Grundlage für den/die Transistorchip(s) oder elektronischen Chip(s) bildet, kann ein Halbleitersubstrat, vorzugsweise ein Siliziumsubstrat, verwendet werden. Alternativ kann auch ein Siliziumoxid- oder ein anderes Isolatorsubstrat verwendet werden. Es ist auch möglich, ein Germanium-Substrat oder ein III-V-Halbleitermaterial zu verwenden. Beispielhafte Ausführungsformen können zum Beispiel in GaN- oder SiC-Technologie realisiert werden.
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Die obigen und andere Gegenstände, Merkmale und Vorteile der vorliegenden Erfindung werden aus der folgenden Beschreibung und den beigefügten Ansprüchen in Verbindung mit den beigefügten Zeichnungen ersichtlich, in denen gleiche Teile oder Elemente durch gleiche Bezugsnummern gekennzeichnet sind.
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Kurze Beschreibung der Zeichnungen
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Die beiliegenden Zeichnungen, die zum weiteren Verständnis von beispielhaften Ausführungsformen dienen und einen Teil der Beschreibung darstellen, veranschaulichen beispielhafte Ausführungsformen.
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In den Zeichnungen:
- 1 zeigt eine Querschnittsansicht eines Gehäuses gemäß einer beispielhaften Ausführungsform.
- 2 zeigt ein Flussdiagramm eines Verfahrens zum Herstellen eines Gehäuses gemäß einer beispielhaften Ausführungsform.
- 3 veranschaulicht den Aufbau und die Verbindung von Bestandteilen eines Gehäuses gemäß einer beispielhaften Ausführungsform.
- 4 zeigt eine Querschnittsansicht eines Gehäuses gemäß einer anderen beispielhaften Ausführungsform.
- 5 zeigt eine Querschnittsansicht eines Gehäuses gemäß einer weiteren beispielhaften Ausführungsform.
- 6 zeigt die Schaltung eines Gehäuses gemäß einer beispielhaften Ausführungsform.
- 7 zeigt die Schaltung und den Aufbau eines Gehäuses gemäß einer beispielhaften Ausführungsform.
- 8 zeigt eine Querschnittsansicht eines Vorformlings eines Gehäuses gemäß einer beispielhaften Ausführungsform.
- 9 zeigt eine Draufsicht auf einen Vorformling eines Gehäuses gemäß einer beispielhaften Ausführungsform.
- 10 zeigt eine Schaltung einer elektronischen Vorrichtung mit einem Gehäuse gemäß einer beispielhaften Ausführungsform.
- 11 zeigt eine Anordnung, die ein Ladegerät und eine elektronische Vorrichtung gemäß einer beispielhaften Ausführungsform mit einem als bidirektionalen Schalter konfigurierten Gehäuse aufweist.
- 12 zeigt die Schaltung eines Gehäuses gemäß einer anderen beispielhaften Ausführungsform.
- 13 zeigt eine Querschnittsansicht des Gehäuses gemäß 12.
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Detaillierte Beschreibung von beispielhaften Ausführungsformen
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Die Zeichnungen sind schematisch dargestellt.
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Bevor weitere beispielhafte Ausführungsformen näher beschrieben werden, sollen einige grundlegende Überlegungen zur vorliegenden Erfindung zusammengefasst werden, auf deren Grundlage beispielhafte Ausführungsformen entwickelt wurden.
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Gemäß einer beispielhaften Ausführungsform wird ein Gehäuse bereitgestellt, das mindestens zwei gestapelte Transistorchips aufweist, die jeweils zwei Verbindungsanschlüssen (insbesondere Source- und Drain-Anschlüsse) und einen Steueranschluss (insbesondere einen Gate-Anschluss) aufweisen. Vorteilhafterweise können die Steueranschlüsse Fläche an Fläche miteinander verbunden werden, wobei sie eine freiliegende gemeinsame Steuerpadstruktur bilden, um die Herstellung eines elektrischen Kontakts zu den Steueranschlüssen zu vereinfachen. Ein solches Gehäuse kann eine sehr kleine Grundfläche haben und auf kompakte Weise als Einzelgerät mit hoher Leistungsdichte bereitgestellt werden. Durch die Fläche an Fläche Kopplung der Steueranschlüsse kann ein sehr geringer parasitärer Widerstand erreicht werden (insbesondere in Kombination mit einer Ausführungsform, bei der zusätzlich eine Fläche an Fläche Source-Verbindung mit geringem Kontaktwiderstand vorgesehen ist). Dadurch kann ein Gehäuse mit hohem Wirkungsgrad erzielt werden.
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Vorteilhafterweise kann die thermische Leistung insbesondere des Transistorchips an der oberen Seite (vorzugsweise ein MOSFET) durch die Kühlung an der oberen Seite erreicht werden.
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In einer weiteren vorteilhaften Konfiguration können die Transistorchips als zwei n-Kanal-MOSFETS mit gemeinsamer Source ausgeführt sein.
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Vorteilhafterweise kann ein Gehäuse gemäß beispielhaften Ausführungsformen als bidirektionaler Schalter in einer Konfiguration mit gestapelten MOSFETs mit gemeinsamem Gate konfiguriert werden.
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1 zeigt eine Querschnittsansicht eines Gehäuses 100 gemäß einer beispielhaften Ausführungsform.
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Das Gehäuse 100 hat einen ersten Transistorchip 102 mit einem ersten Anschluss 104 (der ein Source-Anschluss sein kann), einem zweiten Anschluss 106 (der ein Drain-Anschluss sein kann) und einem Steueranschluss 108 (der ein Gate-Anschluss sein kann). Darüber hinaus hat das Gehäuse 100 einen zweiten Transistorchip 110, der einen ersten Verbindungsanschluss 112 (der ein Source-Anschluss sein kann), einen zweiten Verbindungsanschluss 114 (der ein Drain-Anschluss sein kann) und einen Steueranschluss 116 (der ein Gate-Anschluss sein kann) aufweist. Wie dargestellt, ist der zweite Transistorchip 110 auf dem ersten Transistorchip 102 angebracht. Durch die Anordnung des zweiten Transistorchips 110 auf dem ersten Transistorchip 102 wird erreicht, dass der Steueranschluss 108 des ersten Transistorchips 102 mit dem Steueranschluss 116 des zweiten Transistorchips 110 an einer gemeinsamen Steuerpadstruktur 118 elektrisch direkt gekoppelt ist. Wie dargestellt, liegt die gemeinsame Steuerpadstruktur 118 an einem erweiterten Abschnitt 122 nach außen hin frei.
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Diese Freilegung ermöglicht die einfache Verbindung eines elektrisch leitenden Zwischenverbindungselements 128 (zum Beispiel eines Bonddrahts) mit der gemeinsamen Steuerpadstruktur 118 an ihrem freiliegenden Teil in einem Bereich eines Absatzes 120 zwischen den gestapelten Transistorchips 102, 110.
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Wie in 1 dargestellt, können der erste Transistorchip 102 und der zweite Transistorchip 110 identische Chips sein. Daher muss für die Herstellung des Gehäuses 100 nur ein Typ von Transistorchip hergestellt werden.
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2 zeigt ein Flussdiagramm 200 eines Verfahrens zum Herstellen eines Gehäuses 100 gemäß einer beispielhaften Ausführungsform. Die für die folgende Beschreibung des Herstellungsverfahrens verwendeten Bezugszeichen beziehen sich auf die Ausführungsform von 1.
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Gemäß Block 202 hat das Verfahren eine Bereitstellung eines ersten Transistorchips 102, der einen ersten Verbindungsanschluss 104, einen zweiten Verbindungsanschluss 106 und einen Steueranschluss 108 aufweist.
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In Block 204 hat das Verfahren ferner eine Bereitstellung eines zweiten Transistorchips 110, der einen ersten Verbindungsanschluss 112, einen zweiten Verbindungsanschluss 114 und einen Steueranschluss 116 aufweist.
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Bezogen auf einen Block 206 hat das Verfahren zusätzlich ein Stapeln des zweiten Transistorchips 110 auf dem ersten Transistorchip 102, so dass der Steueranschluss 108 des ersten Transistorchips 102 mit dem Steueranschluss 116 des zweiten Transistorchips 110 an einer gemeinsamen, nach außen hin freiliegenden Steuerpadstruktur 118 elektrisch gekoppelt ist.
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3 veranschaulicht den Aufbau und die Verbindung von Bestandteilen eines Gehäuses 100 gemäß einer beispielhaften Ausführungsform.
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Auf der linken Seite zeigt 3 den oberseitigen zweiten Transistorchip 110 über dem unterseitigen ersten Transistorchip 102. Wie gezeigt, hat der Steueranschluss 108 des ersten Transistorchips 102 einen erweiterten Abschnitt 122 im Vergleich zu den Abmessungen des Steueranschlusses 116 des zweiten Transistorchips 110. Mit anderen Worten, der erste Transistorchip hat einen Gate-Padabschnitt mit den gleichen Abmessungen wie der Gate-Pad des zweiten Transistorchips 110, und er hat auch einen zusätzlichen Gate-Padabschnitt in Form eines erweiterten Abschnitts 122.
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Auf der rechten Seite zeigt 3 das Ergebnis einer Stapelung des zweiten Transistorchips 110 auf dem ersten Transistorchip 102 mit seitlicher Versetzung und nach dem Flippening des zweiten Transistorchips 110. Wie man sieht, ist der Steueranschluss 116 des zweiten Transistorchips 110 mit einem Teil des Steueranschlusses 108 des ersten Transistorchips 102 ausgerichtet und verbunden, während ein anderer Teil des Steueranschlusses 108 (d.h. sein erweiterter Abschnitt 122) freiliegt, wenn die Transistorchips 102 mit gegenseitiger seitlicher Verschiebung, D, gestapelt werden.
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4 zeigt eine Querschnittsansicht eines Gehäuses 100 gemäß einer anderen beispielhaften Ausführungsform.
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Das abgebildete Gehäuse 100 hat einen ersten Transistorchip 102, der als Metalloxid-Halbleiter-Feldeffekttransistor (MOSFET, zum Beispiel n-Typ MOSFET) mit vertikalem Stromfluss ausgeführt ist. Der erste Transistorchip 102 hat einen ersten Verbindungsanschluss 104, der einen Source-Anschluss bildet, und einen zweiten Verbindungsanschluss 106, der einen Drain-Anschluss bildet. Außerdem hat der erste Transistorchip 102 einen Steueranschluss 108, der einen Gate-Anschluss bildet. Wie dargestellt, sind sowohl der erste Verbindungsanschluss 104 als auch der Steueranschluss 108 auf der oberen Hauptoberfläche des ersten Transistorchips 102 ausgebildet, während der zweite Steueranschluss 106 auf der unteren Hauptoberfläche des ersten Transistorchips 102 ausgebildet ist. Der erste Transistorchip 102 ist als Drain-Down-MOSFET konfiguriert.
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Darüber hinaus hat das gezeigte Gehäuse 100 einen zweiten Transistorchip 110, der ebenfalls als MOSFET (z.B. n-Typ MOSFET) mit vertikalem Stromfluss ausgeführt ist. Der zweite Transistorchip 110 hat einen ersten Verbindungsanschluss 112, der einen Source-Anschluss bildet, und einen zweiten Verbindungsanschluss 114, der einen Drain-Anschluss bildet. Außerdem hat der zweite Transistorchip 110 einen Steueranschluss 116, der einen Gate-Anschluss bildet. Wie gezeigt, sind sowohl der erste Verbindungsanschluss 112 als auch der Steueranschluss 116 auf der unteren Hauptfläche des zweiten Transistorchips 110 ausgebildet, während der zweite Steueranschluss 114 auf der oberen Hauptfläche des zweiten Transistorchips 110 ausgebildet ist. Der zweite Transistorchip 110 ist als Source-Down-MOSFET konfiguriert.
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Wie dargestellt, ist der zweite Transistorchip 110 vertikal auf den ersten Transistorchip 102 gestapelt, und zwar so, dass der Steueranschluss 108 des ersten Transistorchips 102 mit dem Steueranschluss 116 des zweiten Transistorchips 110 elektrisch gekoppelt ist (Fläche an Fläche). Die Steueranschlüsse 108, 116 sind koplanar und durch ein elektrisch leitendes Verbindungsmedium (zum Beispiel Lot, alternativ ein Sintermaterial oder ein elektrisch leitender Kleber) direkt miteinander verbunden. Diese direkte Verbindung der Steueranschlüsse 108, 116 gewährleistet kurze Strompfade in vertikaler Richtung und damit eine hohe Signalintegrität und geringe ohmsche Verluste. Aufgrund der beschriebenen Konstruktion sind die Steueranschlüsse 108, 116 in einem Absatz 120 zwischen den Transistorchips 102, 110 miteinander verbunden.
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Weiterhin ist es vorteilhaft, dass die Fläche an Fläche verbundenen Steueranschlüsse 108, 116 eine gemeinsame Steuerpadstruktur 118 bilden, die an dem erweiterten Abschnitt 122 im Bereich des Absatzes 120 zur Außenseite der gestapelten Transistorchips 102, 110 freiliegt. Dies hat Vorteile: Nach dem Stapeln und Verbinden der Transistorchips 102, 110 mit gegenseitigem seitlichen Versatz kann eine elektrische Verbindung der gemeinsamen Steuerpadstruktur 118 einfach durch Anlöten eines elektrisch leitenden Zwischenverbindungselements 128 an die freiliegende metallische Oberfläche des erweiterten Abschnitts 122 hergestellt werden. Dies gewährleistet eine hohe elektrische Zuverlässigkeit des erhaltenen Gehäuses 100. Genauer gesagt kann das elektrisch leitende Zwischenverbindungselement 128 als Bonddraht ausgeführt werden, dessen erstes Ende mit der freiliegenden gemeinsamen Steuerpadstruktur 118 verbunden ist und dessen zweites Ende mit einem unten beschriebenen metallischen Träger 124 verbunden ist.
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Wie auch aus 4 ersichtlich ist, ist der erste Source-Anschluss 104 des ersten Transistorchips 102 mit dem ersten Source-Anschluss 112 des zweiten Transistorchips 110 elektrisch Fläche an Fläche gekoppelt. Beschreibend ausgedrückt bildet dies eine gemeinsame Source-Verbindung der Transistorchips 102, 110 zusätzlich zu der gemeinsamen Gate-Verbindung. Wie dargestellt, ist der erste Verbindungsanschluss 104 des ersten Transistorchips 102 vollständig an dem ersten Verbindungsanschluss 112 des zweiten Transistorchips 110 ausgerichtet. Die beschriebene Konfiguration hält die Source-Verbindung in vertikaler Richtung kurz und reduziert auch den elektrischen Kontaktwiderstand, was zu einer hohen Signalqualität und einer relativ geringen ohmschen Wärmeabgabe beiträgt.
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Im Gegensatz dazu ist der zweite Drain-Anschluss 106 des ersten Transistorchips 102 an einer unteren Seite des ersten Transistorchips 102 angeschlossen, während der zweite Drain-Anschluss 114 des zweiten Transistorchips 110 an einer oberen Seite des zweiten Transistorchips 110 angeschlossen ist. Mit anderen Worten, die Drain-Anschlüsse der Transistorchips 102 und 110 sind einander abgewandt.
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Wie in 4 dargestellt, hat das Gehäuse 100 einen elektrisch leitenden Träger 124, auf dem der erste Transistorchip 102 so angebracht ist, dass der Träger 124 mit dem zweiten Verbindungsanschluss 106 des ersten Transistorchips 102 elektrisch verbunden ist. Dies kann durch eine Lötverbindung erreicht werden. Der Träger 124 kann zum Beispiel ein Leadframe-Abschnitt sein. Der Träger 124 kann elektrisch mit dem zweiten Verbindungsanschluss 106 des ersten Transistorchips 102 und mit einem Ende des Bonddraht-Verbindungselements 128 verbunden sein.
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Darüber hinaus hat das Gehäuse 100 ein metallisches oberseitiges Verbindungselement 126, das hier als Clip ausgeführt ist. Dieses Verbindungselement 126 ist stirnseitig mit einer oberen Seite des zweiten Transistorchips 110 verbunden (z.B. durch eine weitere Lötverbindung), so dass das oberseitige Verbindungselement 126 elektrisch mit dem zweiten Anschlusspol 114 des zweiten Transistorchips 110 verbunden ist. Darüber hinaus ist das Verbindungselement 126 auch mit einem Abschnitt des metallischen Trägers 124 verbunden, zum Beispiel ebenfalls durch Löten.
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Wie dargestellt, ist der zweite Transistorchip 110 auf dem ersten Transistorchip 102 mit seitlichem Versatz auf beiden Seiten angebracht. Dadurch ist es möglich, Transistorchips 102, 110 mit der gleichen Chipgröße zu realisieren. Trotz gleicher Größe haben die Transistorchips 102, 110 unterschiedliche Konfigurationen in Bezug auf die Gate- und Source-Anschlüsse. Was die Gate-Anschlüsse betrifft, so sind sie so konfiguriert, dass sie, wie oben beschrieben, die gemeinsame Steuerpadstruktur 118 mit freiliegendem erweitertem Abschnitt 122 bilden. Was die Source-Anschlüsse betrifft, so können sie mit identischen Abmessungen auf gegenüberliegenden Hauptoberflächen der Transistorchips 102, 110 ausgebildet sein, jedoch in seitlich gegeneinander versetzten Bereichen, um durch Kompensation des seitlichen Versatzes zwischen den Transistorchips 102, 110 vollständig ausgerichtet zu sein.
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Wie auch in 4 gezeigt, hat das Gehäuse 100 ein Einkapselungsmaterial 132, das den ersten Transistorchip 102, den zweiten Transistorchip 110 und die Verbindungselemente 126, 128 sowie Teile des Trägers 124 einkapselt. Das Einkapselungsmaterial 132 kann eine Formmasse sein. Vorteilhafterweise kapselt das Einkapselungsmaterial 132 alle freiliegenden Oberflächen der gemeinsamen Source-Pads vollständig ein, so dass ein Zugang von außen zum ersten Verbindungsanschluss 104 des ersten Transistorchips 102 und zum ersten Verbindungsanschluss 112 des zweiten Transistorchips 110 nicht möglich ist. Dies kann eine fehlerhafte Verbindung der Source-Pads zuverlässig verhindern.
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Bei der Konfiguration gemäß 4 sind der erste Transistorchip 102 und der zweite Transistorchip 110 verbunden, um einen bidirektionalen Schalter zu bilden, der die oben beschriebene Funktionalität bietet.
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Das Gehäuse 100 gemäß 4 weist eine vorteilhafte Gate-Pad-Konfiguration auf. Die einzelnen Gate-Pads können zu einer gemeinsamen Gate-Struktur mit freiliegender Verlängerung zusammengelötet werden. Dadurch genügt ein einziges gemeinsames Gate-Ansteuerungssignal für beide Gate-Anschlüsse. Eine Gate-Erweiterung kann an jedem der Transistorchips 102, 110 gebildet werden.
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5 zeigt eine Querschnittsansicht eines Gehäuses 100 gemäß einer weiteren beispielhaften Ausführungsform.
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Die Ausführungsform von 5 entspricht weitgehend der Ausführungsform von 4 mit den folgenden Unterschieden:
- Gemäß 5 ist der zweite Transistorchip 110 auf dem ersten Transistorchip 102 mit seitlichem Versatz auf der rechten Seite und in seitlicher Ausrichtung auf der linken Seite angebracht. Eine solche Anordnung erlaubt es, Transistorchips 102, 110 unterschiedlicher Chipgröße und dennoch kompakt zu verwenden.
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Darüber hinaus hat das Gehäuse 100 von 5 einen Kühlkörper 130, der thermisch mit einer oberen Seite des zweiten Transistorchips 110 gekoppelt ist. Um die obere Seite des zweiten Transistorchips 110 mit dem Kühlkörper 130 thermisch zu koppeln, kann das eingekapselte Verbindungselement 126 durch Entfernen von Einkapselungsmaterial 132, zum Beispiel durch Schleifen oder Ätzen, freigelegt werden. Danach kann eine Schicht aus thermisch gut leitendem und elektrisch isolierendem thermischen Schnittstellenmaterial (TIM) 150 auf die obere Seite des freigelegten klammerartigen Verbindungselements 126 aufgebracht werden. Danach kann der Kühlkörper 130 auf dem thermischen Schnittstellenmaterial 150 und auf dem umgebenden Material der Verkapselung 132 angebracht werden. Wie dargestellt, kann der Kühlkörper 130 eine Metallplatte 152 in direktem physischen Kontakt mit dem thermischen Schnittstellenmaterial 150 und eine Vielzahl von metallischen Kühlrippen 154 umfassen, die sich von der Metallplatte 152 aus erstrecken und zusammen mit der Metallplatte 152 eine integrale Struktur bilden.
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Darüber hinaus kann eine Montagebasis 156, zum Beispiel eine Leiterplatte (PCB), an einer unteren Seite des Gehäuses 100 angeordnet und mit freiliegenden Teilen des Trägers 124 durch elektrisch leitende Verbindungsstrukturen 158, zum Beispiel Lötpunkte, verbunden sein.
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6 zeigt die Schaltung eines Gehäuses 100 gemäß einer beispielhaften Ausführungsform. Gemäß 6 sind die Transistorchips 102, 110 in gemeinsamer Source- („S“) und gemeinsamer Gate-Konfiguration („G“) miteinander verbunden, jedoch mit getrennten Drains („D“).
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7 zeigt die Schaltung und den Aufbau eines Gehäuses 100 gemäß einer beispielhaften Ausführungsform. 7 zeigt eine Schaltung, in der die getrennten Drains mit „D1“ (vom ersten Transistorchip 102) bzw. „D2“ (vom zweiten Transistorchip 110) bezeichnet sind. Außerdem zeigt 7 dreidimensionale Ansichten eines Gehäuses 100 aus zwei verschiedenen Blickrichtungen. Wie aus 7 ersichtlich ist, sind nur das Gate G und die Drains D1, D2 über entsprechende Pins des Gehäuses 100 zugänglich. Im Gegensatz dazu sind die Sources S von außerhalb des Gehäuses 100 nicht zugänglich, was einen fehlerhaften Source-Anschluss verhindert. Vorteilhaft ist, dass das Gehäuse 100 gemäß 7 mit einer hohen Strombelastbarkeit versehen werden kann. Außerdem ist das Gehäuse 100 gemäß 7 sehr einfach aufgebaut.
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8 zeigt eine Querschnittsansicht eines Vorformlings eines Gehäuses 100 gemäß einer beispielhaften Ausführungsform.
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9 zeigt eine Draufsicht auf einen Vorformling eines Gehäuses 100 gemäß einer beispielhaften Ausführungsform. Kurz gesagt entsprechen 8 und 9 einem Gehäusedesign gemäß 5 vor der Verkapselung, der Ausbildung der oberseitigen Kühlung und der Leiterplattenmontage.
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10 zeigt eine Schaltung einer elektronischen Vorrichtung 134 mit einem Gehäuse 100 gemäß einer beispielhaften Ausführungsform.
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Die dargestellte Schaltung der elektronischen Vorrichtung 134 hat ein Gehäuse 100 wie oben beschrieben. Darüber hinaus hat die elektronische Vorrichtung 134 eine Steuerschaltung 136 zum Ansteuern des ersten Transistorchips 102 und des zweiten Transistorchips 110 durch ein gemeinsames Steuersignal VC, das sowohl an den Steueranschluss 108 des ersten Transistorchips 102 als auch an den Steueranschluss 116 des zweiten Transistorchips 110 angelegt werden kann.
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In der gezeigten Ausführungsform hat die Steuerschaltung 136 eine Ladungspumpenschaltung 160, die das Steuersignal VC zur Ansteuerung der Gates der Transistorchips 102, 110 erzeugt. Die Ladungspumpenschaltung 160 kann ein solches Steuersignal VC auf der Grundlage eines Taktsignals CL, einer logischen Versorgungsspannung VL und der Signale 151, 153 von den Transistorchips 102, 110 erzeugen. Außerdem kann die elektronische Vorrichtung 134 eine Ein-Aus-Schaltung 162 umfassen, die den bidirektionalen Schalter ein- oder ausschaltet. Insbesondere als Folge der gemeinsamen Gate-Architektur der Transistorchips 102, 110 kann nur eine Ansteuerspannung ausreichen, was die Steuerschaltung 136 im Vergleich zu herkömmlichen Ansätzen vereinfacht.
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Die Anordnung von Common-Gate und Common-Source ergibt also ein einfaches System. Es genügt eine einzige Steuerspannung. Das Steuersignal VC kann zum Beispiel 10 V oder 4,5 V höher sein als die höchste Spannung der mit den Bezugszeichen 151, 153 dargestellten Signale.
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Wie in 10 dargestellt, kann eine entsprechende Diode D1, D2 innerhalb der mit den Bezugszeichen 151 und 153 gekennzeichneten Verbindungen angeschlossen werden, um Kurzschlüsse zu vermeiden.
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Wie ebenfalls in 10 dargestellt, sind die beiden Transistorchips 102, 110 Teil des Gehäuses 100. Außerdem sind in 10 ein Widerstand R1 und eine Zenerdiode Z1 dargestellt, die zwischen den Transistorchips 102, 110 angeschlossen und außerhalb des Gehäuses 100 angeordnet sind. Alternativ können der Widerstand R1 und/oder die Zenerdiode Z1 jedoch auch in einen oder beide Transistorchips 102, 110 integriert sein.
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11 zeigt eine Anordnung 170, die eine Ladevorrichtung 172 und eine elektronische Vorrichtung 134 gemäß einer beispielhaften Ausführungsform mit einem als bidirektionalen Schalter konfigurierten Gehäuse 100 aufweist. Wie bereits oben erwähnt, können der erste Transistorchip 102 und der zweite Transistorchip 110 des Gehäuses 100 miteinander verbunden werden, um einen bidirektionalen Schalter zu bilden. Darüber hinaus hat die elektronische Vorrichtung 134, wie in 11 dargestellt, eine Batterie 138, die mit dem bidirektionalen Schaltgehäuse 100 gekoppelt ist, so dass das bidirektionale Schaltgehäuse 100 vor anormalen Zuständen während des Ladens und/oder Entladens der Batterie 138 schützt. In der batteriebetriebenen elektronischen Vorrichtung 134 kann eine Last 174 mit elektrischer Energie versorgt werden.
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12 zeigt die Schaltung eines Gehäuses 100 gemäß einer anderen beispielhaften Ausführungsform.
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13 zeigt eine Querschnittsansicht des Gehäuses 100 gemäß 12.
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Gemäß 12 und 13 sind die Steueranschlüsse 108, 116 an einer Schnittstelle zwischen den Transistorchips 102, 110, an der sie auch eine gemeinsame Drain-Verbindung haben, einander zugewandt. Genauer gesagt, ein Gate-Pad 108' des ersten Transistorchips 102 ist von einem weiteren Gate-Pad 116' des zweiten Transistorchips 110 abgewandt. Ein erster Abschnitt eines Chipvias 149, der sich vertikal durch den gesamten ersten Transistorchip 102 erstreckt, und ein zweiter Abschnitt des Chipvias 149, der sich vertikal durch den gesamten zweiten Transistorchip 110 erstreckt, sind jedoch an den Steueranschlüssen 108, 116 miteinander verbunden und bilden eine gemeinsame, nach außen hin freiliegende Steuerpadstruktur 118. Ein elektrisch leitendes Zwischenverbindungselement 128 ist direkt mit der freiliegenden gemeinsamen Steuerpadstruktur 118 verbunden. Kurz gesagt, die Gates sind durch ein durchgehendes Silizium-Via, das sich durch die Transistorchips 102, 110 erstreckt, miteinander verbunden. Die Architektur gemäß 12 und 13 ist besonders für Systemspannungen unter 20 V geeignet.
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Es ist zu beachten, dass der Begriff „aufweisend“ andere Elemente oder Merkmale nicht ausschließt und das „ein“ oder „eine“ eine Vielzahl nicht ausschließt. Auch können Elemente, die in Verbindung mit verschiedenen Ausführungsformen beschrieben werden, kombiniert werden. Es ist auch zu beachten, dass Bezugszeichen nicht als Einschränkung des Umfangs der Ansprüche zu verstehen sind. Darüber hinaus soll der Anwendungsbereich der vorliegenden Anmeldung nicht auf die in der Spezifikation beschriebenen besonderen Ausführungsformen des Verfahrens, der Vorrichtung, der Herstellung, der Stoffzusammensetzung, der Mittel, der Verfahren und der Schritte beschränkt sein. Dementsprechend sind die beigefügten Ansprüche dazu bestimmt, in ihren Anwendungsbereich solche Verfahren, Vorrichtungen, Herstellungsverfahren, Stoffzusammensetzungen, Mittel, Verfahren oder Schritte einzuschließen.
