DE10334079A1 - Transistormodul - Google Patents
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Abstract
Ein Transistormodul weist einen ersten Transistor und eine erste Diode als zugehörige Freilaufdiode sowie einen zweiten Transistor und eine zweite Diode als zugehörige Freilaufdiode auf, wobei ein erster Transistorchip (2) mit dem ersten Transistor sowie ein zweiter Diodenchip (5) mit der zweiten Freilaufdiode auf einer positiven Potentialfläche (8) angeordnet sind, der erste Transistorchip (2) sowie der zweite Diodenchip (5) mit einer Ausgangspotentialfläche (12) verbunden sind, ein zweiter Transistorchip (4) mit dem zweiten Transistor sowie ein erster Diodenchip (3) mit der ersten Freilaufdiode auf der Ausgangspotentialfläche (12) angeordnet sind, mindestens zwei Seiten der Ausgangspotentialfläche (12) einer negativen Potentialfläche (7) benachbart sind, der zweite Transistorchip (4) sowie der erste Diodenchip (3) durch Leitungen (10, 11) mit der negativen Potentialfläche (7) verbunden sind, auf einem Schaltungsträger (6) jeder Transistorchip (2, 4) dem auf derselben Potentialfläche (8, 12) angeordneten Diodenchip (5, 3) benachbart sowie dem dem Transistorchip (2, 4) zugehörigen die Freilaufdiode aufweisenden Diodenchip (3, 5) gegenüberliegend angeordnet ist.
Description
- Die Erfindung betrifft ein Transistormodul mit einem ersten Transistor und einer ersten Diode als zugehöriger Freilaufdiode sowie mit einem zweiten Transistor und einer zweiten Diode als zugehöriger Freilaufdiode.
- Aus der
DE 31 12 280 A1 ist ein Transistormodul zur Spulenerregung bekannt, welches insbesondere für medizintechnische Geräte vorgesehen ist, die Stromversorgungen benötigen, die pulsförmige Felder konstanter Stärke erzeugen. Hierbei soll der Erregerstrom einer Spule innerhalb sehr kurzer Dauer hochgefahren und dann bis zum Ende des Pulses auf konstanter Höhe gehalten werden. - Aus der
DE 34 15 041 C2 ist eine Stromversorgungsschaltung für Gradientenspulen eines Kernspin-Darstellungsgerätes für die medizinische Diagnostik bekannt. Zur Erhöhung der Energie-Umsatzrate innerhalb der Gradientenspule sind in Reihe mit dieser und mit der Stromquelle Energiespeichermittel, insbesondere Kondensatoren, angeordnet. - Aus der
DE 195 11 833 C2 ist eine Gradientenstromversorgung für ein Kernspintomographiegerät bekannt, welche in einer mit einem Gradientenverstärker verbundenen Brückenschaltung mehrere Transistoren und Freilaufdioden umfasst. Anzuwendende Gradientenpulse werden von einer Sequenzsteuerung vorgegeben, an welche der Gradientenverstärker angeschlossen ist. Das Layout der Schaltung ist nicht Gegenstand derDE 195 11 833 C2 . - Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Transistormodul mit zwei Transistoren sowie zwei jeweils einem der Transistoren zugeordneten Freilaufdioden anzugeben, welches sich bei einfachem Aufbau durch eine niedrige Streu-Induktivität be sonders für einen Gradientenverstärker mit steilen Gradientenrampen, insbesondere für medizintechnische Anwendungen, eignet.
- Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß gelöst durch ein Transistormodul mit den Merkmalen des Anspruchs 1. Dieses Transistormodul weist zwei Transistorchips mit jeweils mindestens einem Transistor sowie zwei Diodenchips mit jeweils mindestens einer einem der Transistoren zugeordneten Freilaufdiode auf. Ein in der Regel rechteckiger Schaltungsträger, auf welchem die einzelnen Chips angeordnet sind, weist drei Potentialflächen, nämlich eine positive Potentialfläche, eine negative Potentialfläche und eine Ausgangspotentialfläche, auf.
- Auf der positiven Potentialfläche sind der erste Transistorchip sowie der die dem zweiten Transistorchip zugehörige zweite Freilaufdiode aufweisende zweite Diodenchip angeordnet.
- Der zweite Transistorchip sowie der die erste Freilaufdiode, d.h. die dem ersten Transistorchip zugeordnete Freilaufdiode, aufweisende erste Diodenchip sind auf der Ausgangspotentialfläche angeordnet, welche elektrisch, im Allgemeinen mit Bonddrähtchen, mit den auf der positiven Potentialfläche angeordneten Chips verbunden ist.
- Hierbei ist jeder Transistorchip sowohl dem auf derselben Potentialfläche angeordneten Diodenchip benachbart als auch dem auf der anderen Potentialfläche angeordneten Diodenchip gegenüberliegend angeordnet. In diesem Zusammenhang wird die Bezeichnung „benachbarte" Anordnung zweier Bauteile, hier Diodenchip und Transistorchip, für eine Anordnung auf derselben Potentialfläche und die Bezeichnung „gegenüberliegende" Anordnung zweier Bauteile für eine Anordnung auf verschiedenen Potentialflächen verwendet.
- Bei im Allgemeinen rechteckigen Chips sind die beiden Diodenchips zwei senkrecht aufeinander stehenden Seitenlinien eines Transistorchips benachbart beziehungsweise gegenüberliegend angeordnet. Somit sind die Transistor- und Diodenchips über Kreuz auf dem Schaltungsträger angeordnet.
- Die negative Potentialfläche des Transistormoduls ist entweder als zusammenhängende Fläche oder in Form mehrerer Teilflächen ausgebildet. In jedem Fall ist die negative Potentialfläche beziehungsweise sind Teilflächen dieser Fläche mindestens zwei Seiten, bevorzugt gegenüberliegenden Seiten, der im Allgemeinen eine rechteckige Grundform aufweisenden Ausgangspotentialfläche benachbart. Dies ermöglicht eine elektrische Verbindung der auf der Ausgangspotentialfläche angeordneten Chips mit der negativen Potentialfläche mit besonders kurzen Leitungen, wobei diese Leitungen bevorzugt zumindest annähernd senkrecht zu den Leitungen verlaufen, welche die Ausgangspotentialfläche mit den auf der positiven Potentialfläche angeordneten Chips verbinden.
- Während die positive Potentialfläche in einer durch den Schaltungsträger bestimmten Ebene liegt, weist die negative Potentialfläche eine komplexere Form auf. Diese ist zum einen durch deren an die Ausgangspotentialfläche grenzende Teilflächen und zum anderen durch die von diesen Teilflächen zu den Chips auf der Ausgangspotentialfläche führenden Leitungen bestimmt. Vorzugsweise sind jeweils mehrere Leitungen vorgesehen, welche die Chips auf der Ausgangspotentialfläche mit der negativen Potentialfläche verbinden. Durch die Mehrzahl der bevorzugt als zumindest annähernd parallel zueinander angeordnete Bonddrähtchen ausgebildeten Leitungen wird eine durchgehende Fläche angenähert, welche die Ausgangspotentialfläche bevorzugt zumindest annähernd überspannt.
- Diese quasi simulierte Fläche mit negativem Potential weist wie die positive Potentialfläche bevorzugt eine im Wesentlichen unverzweigte Form, insbesondere Rechteckform, auf, wobei beide Potentiale große, eng nebeneinander liegende Flächen bilden. Hierdurch heben sich magnetische Felder besonders weitreichend auf.
- Insgesamt ist ein besonders niederinduktiver Aufbau der Schaltungsanordnung erreicht. Dies ist besonders vorteilhaft für einen Gradientenverstärker mit steilen Gradientenrampen, beispielsweise mit Anstiegs- bzw. Abfallzeiten in der Größenordnung von 100 μs oder darunter.
- Die einzelnen Chips sind auf dem Schaltungsträger vorzugsweise derart gering voneinander beabstandet, dass sowohl der Abstand eines Transistorchips zum die zugehörige Freilaufdiode aufweisenden Diodenchip als auch der Abstand des Transistorchips zum die Freilaufdiode des anderen Transistorchips aufweisenden Diodenchips geringer ist als die Höhe bzw. Breite des Transistorchips. Der Abstand zwischen der positiven Potentialfläche und der Ausgangspotentialfläche ist bevorzugt geringer als die Höhe eines Diodenchips.
- Nach einer ersten bevorzugten Ausgestaltung weist die negative Potentialfläche – abgesehen von den Bonddrähtchen – eine U-Form auf, wobei der mittlere U-Schenkel als sogenannter Verbindungssteg zwischen der postiven Potentialfläche und der Ausgangspotentialfläche angeordnet ist. Die Verbindung der beiden äußeren, an die Ausgangspotentialfläche grenzenden Teilflächen der negativen Potentialfläche mittels des Verbindungssteges ist insbesondere vorteilhaft, um in einer Schaltungsanordnung mehrere nebeneinander angeordnete Transistormodule elektrisch zu verbinden.
- Nach einer zweiten bevorzugten Ausgestaltung ist die Ausgangspotentialfläche der positiven Potentialfläche unmittelbar benachbart. Die negative Potentialfläche kann hierbei mehrteilig, auch in der Form lediglich einzelner Anschlussstücke ausgebildet sein. Diese Ausführungsform eignet sich besonders für Anwendungen, in denen ein einzelnes Transistormodul separat an das negative Potential angeschlossen ist.
- In fertigungstechnisch besonders günstiger Weise sind die positive Potentialfläche und die Ausgangspotentialfläche bevorzugt in einer gemeinsamen Ebene auf dem Schaltungsträger angeordnet. Auf diesen Flächen sind die Kollektoren der Transistorchips sowie die Katoden der Diodenchips aufgelötet.
- Nachfolgend werden zwei Ausführungsbeispiele der Erfindung anhand von Zeichnungen näher erläutert. Hierin zeigen:
-
1a ,1b ein erstes Ausführungsbeispiel eines Transistormoduls eines Gradientenverstärkers, -
2 das Transistormodul nach1a ,1b mit schematisch eingezeichneten Potentialflächen, und -
3 ein zweites Ausführungsbeispiel eines Transistormoduls. - Einander entsprechende Teile sind in allen Figuren mit den gleichen Bezugszeichen versehen.
- Die
1a ,1b und2 zeigen jeweils in vereinfachter Darstellung ein erstes Ausführungsbeispiel eines Transistormoduls1 eines Gradientenverstärkers für ein medizintechnisches Gerät, insbesondere einen Kernspintomographen. Die Schaltung wird auch als Halbbrücke bezeichnet und weist zwei Transistorchips2 ,4 sowie zwei Diodenchips3 ,5 auf. Hierbei bildet im Ausführungsbeispiel jeweils ein einzelner Transistor einen Transistorchip2 ,4 und eine einzelne Diode einen Diodenchip3 ,5 . Ein nicht dargestellter Kondensator ist einerseits mit einer positiven Potentialfläche8 , in den Darstellungen unten, und andererseits mit einer negativen Potentialfläche7 , in den Darstellungen oben, verbunden. Beide Potentialflächen7 ,8 sind durch eine Kupferschicht auf einem rechteckigen Schaltungsträger6 gebildet und befinden sich in einer Ebene E1 (1b , Seitenansicht). - Auf die positive Potentialfläche
8 ist der Kollektor des ersten Transistorchips2 aufgelötet. Der Emitter des ersten Transistorchips2 ist durch mehrere Bonddrähtchen als Leitungen9 mit einer Ausgangspotentialfläche12 verbunden. Mit dieser ist beispielsweise eine nicht dargestellte Gradientenspule des medizintechnischen Gerätes verbunden. - Zum Abklingen des Stromes durch die Gradientenspule ist der erste Diodenchip
3 vorgesehen, dessen Katode auf der Ausgangspotentialfläche12 aufgelötet ist. Die Anode des ersten Diodenchips3 ist durch mehrere Leitungen10 , ebenfalls in Form von Bonddrähtchen, an die negative Potentialfläche7 angeschlossen. Der erste Diodenchip3 wird als zum ersten Transistorchip2 gehörender, erster Freilaufdiodenchip oder kurz als erste Freilaufdiode bezeichnet. - Zusätzlich zum ersten Diodenchip
3 ist auf der Ausgangspotentialfläche12 weiterhin der zweite Transistorchip4 mit dessen Kollektor aufgelötet. Der Emitter des zweiten Transistorchips4 ist, wie die Anode des ersten Diodenchips3 , durch Leitungen11 mit der negativen Potentialfläche7 verbunden. Weitere Leitungen13 verbinden den Emitter des zweiten Transistorchips4 mit der Anode des ersten Diodenchips3 . Die Ausgangspotentialfläche12 ist ferner durch Leitungen15 mit der Anode des zweiten Diodenchips5 verbunden, dessen Katode auf der positiven Potentialfläche8 aufgelötet ist, und der die dem zweiten Transistorchip4 zugehörige Freilaufdiode, auch als zweiter Freilaufdiodenchip bezeichnet, bildet. - Somit befindet sich jeder Transistorchip
2 ,4 sowie der zugehörige Freilaufdiodenchip3 ,5 jeweils auf verschiedenen Potentialflächen12 ,8 . Dagegen ist der antiparallele Diodenchip5 ,3 eines Transistorchips2 ,4 jeweils zusammen mit diesem auf derselben Potentialfläche8 ,12 angeordnet. - Die Transistorchips
2 ,4 sind ebenso wie die im Vergleich hierzu kleineren Diodenchips3 ,5 etwa quadratisch. Breite und Höhe der Transistorchips2 ,4 sind mit BT bzw. HT, Breite und Höhe der Diodenchips3 ,5 mit BD bzw. HD angegeben. Die Fläche des Schaltungsträgers6 ist größtenteils durch die in2 schematisch eingezeichneten Potentialflächen7 ,8 ,12 ausgefüllt. Die Höhe der Potentialflächen7 ,8 ,12 ist mit HP7, HP8, HP12 angegeben. - Während die positive Potentialfläche
8 bereits durch die entsprechende Kupferschicht auf dem Schaltungsträger6 eine rechteckige Grundform hat, weist die die negative Potentialfläche7 bildende Kupferschicht eine U-Form auf, dessen mittlerer, der positiven Potentialfläche8 zugewandter U-Schenkel auch als Verbindungssteg14 bezeichnet wird. Zwischen den drei U-Schenkeln liegt die Ausgangspotentialfläche12 , deren mit dP bezeichneter Abstand zur positiven Potentialfläche8 geringer als die Höhe HT der Transistorchips2 ,4 sowie geringer als die Höhe HD der Diodenchips3 ,5 ist. Zwischen den äußeren U-Schenkeln verlaufen die Leitungen10 ,11 ,13 im Wesentlichen parallel zum Verbindungssteg14 . Diese Leitungen10 ,11 ,13 nähern eine parallel von der Ausgangspotentialfläche12 beabstandete Fläche in einer Ebene E2 an, welche effektiv die negative Potentialfläche7 vergrößert, so dass diese insgesamt eine der positiven Potentialfläche8 vergleichbare Form und Größe hat. - Die wirksame negative Potentialfläche
7 wird somit sowohl durch das DCB (Direct Copper Bonded)-Layout als auch durch die Bonddrähtchen oder Leitungen10 ,11 ,13 gebildet. Die großen, eng nebeneinander beziehungsweise übereinander liegenden Potentialflächen7 ,8 ,12 tragen neben der besonders kurzen Ausbildung der Leitungen9 ,10 ,11 ,13 ,15 maßgeblich zu einer geringen Streuinduktivität des Transistormoduls1 bei, wobei sich magnetische Felder weitgehend aufheben. - Der mit DB angegebene Abstand zwischen dem ersten Transistorchip
2 und dem antiparallelen Diodenchip5 ist im dargestellten Ausführungsbeispiel geringer als der mit DH angegebene Abstand zwischen dem ersten Transistorchip2 und dem zugehörigen Freilaufdiodenchip3 , wobei letztgenannter Abstand DH annähernd der Höhe HD des Diodenchips5 entspricht. Analoges gilt für den zweiten Transistorchip4 und den diesem zugehörigen Freilaufdiodenchip5 sowie den dazu antiparallelen Chip3 . - Die Transistorchips
2 ,4 einerseits und die Diodenchips3 ,5 andererseits sind damit auf dem Schaltungsträger6 über Kreuz angeordnet, wobei jeder auf einer Potentialfläche12 ,8 angeordnete Transistorchip2 ,4 dem zugeordneten, auf der jeweils anderen Potentialfläche8 ,12 angeordneten Freilauf-Diodenchip3 ,5 gegenüberliegend angeordnet ist und dem antiparallelen Diodenchip5 ,3 benachbart ist. - In
3 ist ein zweites, besonders bevorzugtes Ausführungsbeispiel eines Transistormoduls1 dargestellt, welches sich ebenfalls durch einen besonderes niederinduktiven Aufbau auszeichnet. In diesem Ausführungsbeispiel ist die negative Potentialfläche7 , soweit sie nicht durch die Leitungen10 ,11 ,13 simuliert ist, ausschließlich in Form von Teilflächen vorhanden, welche teilweise zu nicht notwendigerweise in der Ebene E1 des Schaltungsträgers6 angeordneten Anschlussstücken16 entartet sind. - Die Chips
3 ,4 auf der negativen Potentialfläche7 sind somit direkt an die Anschlussstücke16 anschließbar. Die in der Darstellung rechts an die Ausgangspotentialfläche12 anschließende Teilfläche der negativen Potentialfläche 7, dem zweiten Transistorchip4 benachbart, stellt eine fertigungstechnische Vereinfachung dar, da sie eine einfache Ablängung der Bonddrähtchen ermöglicht. - Trotz der im Vergleich zum Ausführungsbeispiel nach den
1a ,1b ,2 wesentlich reduzierten Abmessung des durch das DCB-Layout gebildeten Teils der negativen Potentialfläche7 wird diese auch im Ausführungsbeispiel nach3 zum großen Teil durch die oberhalb der Ausgangspotentialfläche12 näherungsweise in der Ebene E2 angeordneten Bonddrähtchen oder Leitungen10 ,11 ,13 gebildet, so dass insgesamt eine geringe Streuinduktivität gegeben ist. Ein sowohl niederinduktiver als auch kompakter Aufbau des Transistormoduls1 ist insbesondere auch durch den Verzicht auf einen zwischen der positiven Potentialfläche8 und der Ausgangspotentialfläche12 angeordneten Verbindungssteg der negativen Potentialfläche7 erreicht.
Claims (9)
- Transistormodul mit einem ersten Transistor und einer ersten Diode als zugehöriger Freilaufdiode, sowie mit einem zweiten Transistor und einer zweiten Diode als zugehöriger Freilaufdiode, wobei • ein erster Transistorchip (
2 ) mit dem ersten Transistor sowie ein zweiter Diodenchip (5 ) mit der zweiten Freilaufdiode auf einer positiven Potentialfläche (8 ) angeordnet sind, • der erste Transistorchip (2 ) sowie der zweite Diodenchip (5 ) mit einer Ausgangspotentialfläche (12 ) verbunden sind, • ein zweiter Transistorchip (4 ) mit dem zweiten Transistor sowie ein erster Diodenchip (3 ) mit der ersten Freilaufdiode auf der Ausgangspotentialfläche (12 ) angeordnet sind, • mindestens zwei Seiten der Ausgangspotentialfläche (12 ) einer negativen Potentialfläche (7 ) benachbart sind, • der zweite Transistorchip (4 ) sowie der erste Diodenchip (3 ) durch Leitungen (10 ,11 ) mit der negativen Potentialfläche (7 ) verbunden sind, • auf einem Schaltungsträger (6 ) jeder Transistorchip (2 ,4 ) dem auf der selben Potentialfläche (8 ,12 ) angeordneten Diodenchip (5 ,3 ) benachbart sowie dem nicht auf der Potentialfläche (8 ,12 ) angeordneten dem Transistorchip (2 ,4 ) zugehörigen die Freilaufdiode aufweisenden Diodenchip (3 ,5 ) gegenüberliegend angeordnet ist. - Transistormodul nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die den ersten Diodenchip (
3 ) sowie den zweiten Transistorchip (4 ) mit der negativen Potentialfläche (7 ) verbindenden Leitungen (10 ,11 ) zumindest annähernd quer zu Leitungen (9 ,15 ) zwischen dem ersten Transistorchip (2 ) sowie dem zweiten Diodenchip (5 ) und der Ausgangspotentialfläche (12 ) verlaufen. - Transistormodul nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die negative Potentialfläche (
7 ) jeweils mit mehreren Leitungen (10 ,11 ) sowohl mit dem ersten Diodenchip (3 ) als auch mit dem zweiten Transistorchip (4 ) verbunden ist. - Transistormodul nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass der Abstand (DB) zwischen einem Transistorchip (
2 ,4 ) und dem auf der selben Potentialfläche (8 ,12 ) angeordneten Diodenchip (5 ,3 ) geringer ist als die Breite (BT) des Transistorchips (2 ,4 ). - Transistormodul nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass der Abstand (DH) zwischen einem Transistorchip (
2 ,4 ) und dem die zugehörige Freilaufdiode aufweisenden Diodenchip (3 ,5 ) geringer ist als die Höhe (HT) des Transistorchips (2 ,4 ). - Transistormodul nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass der Abstand (dP) zwischen der positiven Potentialfläche (
8 ) und der Ausgangspotentialfläche (12 ) weniger als die Höhe (HD) eines Diodenchips (3 ,5 ) beträgt. - Transistormodul nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass zwischen der positiven Potentialfläche (
8 ) und der Ausgangspotentialfläche (12 ) ein Verbindungssteg (14 ) der negativen Potentialfläche (7 ) angeordnet ist. - Transistormodul nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Ausgangspotentialfläche (
12 ) der positiven Potentialfläche (8 ) unittelbar benachbart ist. - Tansistormodul nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass die positive Potentialfläche (
8 ) und die Ausgangspotentialfläche (12 ) in einer gemeinsamen Ebene (E1) angeordnet sind.
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