DE10344631B4 - Elektronische Schaltungsanordnung - Google Patents

Abstract

Elektronische Schaltungsanordnung (1) mit einem Wärme leitenden Substrat (S) und zwei auf dem Substrat (S) angeordneten, Verlustwärme abgebenden Komponenten (3, 4), dadurch gekennzeichnet, dass jeder Komponente jeweils eine Fläche (F3, F4) des Substrats (S) zugeordnet ist, über die Verlustwärme an das Substrat (S) abgegeben wird, und dass ein Teil der Fläche (F3, F4) jeder Komponente (3, 4) in dem Bereich der Fläche (F3, F4) der jeweils anderen Komponente (3, 4) angeordnet ist, wobei die der Verlustwärme abgebenden Komponenten (3, 4) zugeordnete Flächen (F3, F4) der elektronischen Schaltungsanordnung (1) flächenmäßig ineinander greifen, und wobei die Flächen (F3, F4) auf einem gemeinsamen Substrat (S) angeordnet sind.

Description

• Die Erfindung betrifft eine elektronische Schaltungsanordnung nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1. Eine bekannte elektronische Schaltungsanordnung der gattungsgemäßen Art umfasst ein Wärme leitendes Substrat und mehrere auf dem Substrat angeordnete Verlustwärme abgebende Komponenten. Dabei tritt das Problem auf, dass die Zuverlässigkeit der elektronischen Schaltungsanordnung durch thermische Überlastung gefährdet ist. Die hohe thermische Belastung verhindert zudem eine weitere Miniaturisierung der elektronischen Schaltungsanordnung.
• Aus EP 0 717 497 A2 ist eine Baugruppe bestehend aus Leistungs-MOSFETS bekannt, deren DRAIN-Anschlüsse miteinander verbunden sind.
• Die erfindungsgemäß ausgestaltete Schaltungsanordnung mit den Merkmalen des Anspruchs 1 weist demgegenüber eine wesentlich höhere thermische Stabilität auf. Dadurch dass, die Verlustwärme abgebenden Komponenten der elektronischen Schaltungsanordnung flächenmäßig ineinander greifen, ist eine wesentlich gleichmäßigere Ableitung der Verlustwärme möglich. Der Wärmeübergangswiderstand ist wesentlich reduziert. Dadurch, dass ein wesentlich größeres Volumen des Substrats für die Ableitung der Verlustwärme zur Verfügung steht, werden sogenannte hot Spots in dem Halbleitersubstrat vermieden. Weiterhin steht das gesamte Substratvolumen bei auftretenden Impulsenergien als Energiespeicher zur Verfügung. Besonders vorteilhaft ist die Erfindung bei stromgeregelten Endstufen einsetzbar, bei denen immer nur ein Transistor mit einem Stromfluss beaufschlagt wird und Verlustwärme abgibt. Durch das flächenmäßige Ineinandergreifen der Komponenten steht nunmehr ein wesentlich größeres Substratvolumen für das Ableiten der Verlustwärme zur Verfügung.
• Die Erfindung wird nachfolgend unter Bezug auf die Zeichnung näher erläutert. Dabei zeigt 1 ein Blockschaltbild einer elektronischen Schaltungsanordnung, 2 in einem Diagramm den Strom als Funktion der Zeit in der elektronischen Schaltungsanordnung gemäß 1, 3 die Anordnung von Komponenten in einer herkömmlichen Schaltungsanordnung, 4 die Anordnung von Komponenten bei einem erfindungsgemäß ausgestalteten Ausführungsbeispiel.
• 1 zeigt ein Blockschaltbild einer elektronischen Schaltungsanordnung 1. Diese Schaltungsanordnung 1 umfasst eine Steuerschaltung 2, sowie eine stromgeregelte Endstufe mit einem schaltbaren Freilauf- und Löschschaltkreis. Bestandteil der Endstufe sind die Transistoren 3 und 4. Bei diesen handelt es vorzugsweise um sogenannte Ein-Chip-Halbleiterbauelemente, die vorzugsweise auch als MOS-FET-Transistoren ausgebildet sind. Dabei fungiert der Transistor 3 als sogenannter High-Side-Switch und der Transistor 4 als sogenannter Low-Side-Switch. Die Endstufe besitzt in der normalen Stromregelphase, bei der der Transistor 3 durchgeschaltet ist, einen Diodenfreilauf. In der kritischen Phase, bei dem Umschalten von dem Anzugstrom IA in den Haltestrom IH und bei dem Abschalten aus dem Niveau des Haltestroms IH (siehe Diagramm in 2), wird eine hinreichend hohe Schnelllöschspannung (abgeschalteter Transistor 3) erzeugt. In diesen Schnelllöschphasen entsteht in der Regel die höchste Impulsbelastung für den Transistor 3. Dabei gilt, dass die Impulsbelastung umso höher ist, je höher die Schnelllöschspannung ist. In dem Beispielsfall einer stromgeregelten Endstufe handelt es sich bei den Komponenten der elektronischen Schaltungsanordnung 1 um ein Transistorpaar 3, 4, das üblicherweise über einen gemeinsamen Drainanschluss verfügt. Bei herkömmlichen Schaltungsanordnungen ist jedem dieser Transistoren 3, 4 des Transistorpaars 3, 4 eine Fläche F3, F4 der Oberfläche eines Substrats S (3) zugewiesen. Die von jedem dieser Transistoren 3, 4 erzeugte Verlustwärme wird dann im Wesentlichen über die ihnen zugewiesene Fläche F3, F4 in das Substrat S der Schaltungsanordnung 1 abgeführt. Hierbei wird jedoch das elektrische und thermische Potential einer solchen elektronischen Schaltungsanordnung nicht ausgenutzt. Eine derartige Konstruktion verhindert auch eine weitergehende Miniaturisierung einer solchen Schaltungsanordnung, da die thermischen Probleme nicht beherrschbar wären. Weiterhin ist das Risiko einer thermischen Überlastung einer derartigen Schaltungsanordnung nicht völlig ausgeschlossen. Die erfindungsgemäße Lösung (4) sieht nunmehr vor, dass wenigstens Teilbereiche der Flächen F3, F4 eines jeden Transistors 3, 4 in dem Flächenbereich angeordnet sind, der dem jeweils anderen Transistor 3, 4 zugeordnet ist. Dadurch lässt sich eine wesentlich höhere thermische Stabilität erreichen. Für die Ableitung der bei der wechselweisen Steuerung der beiden Transistoren 3, 4 entstehenden Verlustwärme stehen nämlich jetzt praktisch beide Flächen F3, F4 der Transistoren 3, 4 gleichzeitig zur Verfügung. Vorteilhaft ist der Einsatz der erfindungsgemäßen Lösung in einer stromgeregelten Endstufe, da immer nur 1 Transistor der beiden Transistoren 3, 4 leitend geschaltet ist, aber die gesamten Flächen F3, F4 der für den Abtransport der Wärme zur Verfügung stehen. Bei dem Umschalten in den Haltestrom IH, sowie bei dem Abschalten aus dem Haltestrom IH mit den höchsten Impulsenergien für den Transistor 3 steht praktisch das gesamte Volumen des Substrats S als Wärmespeicher für die Abfuhr der Verlustwärme zur Verfügung. Besonders geeignet ist die erfindungsgemäße Lösung für Schaltungsanordnungen, bei denen die Transistoren in einer Halb- oder Vollbrücke verschaltet sind.
• Vorstehend wurde die Erfindung anhand eines Ausführungsbeispiels beschrieben, bei dem zwei Wärme erzeugende Bauelemente, die Transistoren 3, 4, auf einem Substrat S vorgesehen sind.
• Bezugszeichenliste

1

Schaltungsanordnung

2

Steuerschaltung

3

Transistor

4

Transistor

5

Widerstand

6

Drainanschluss

S1

Sourceanschluss

S2

Sourceanschluss

G1

Gateanschluss

G2

Gateanschluss

7

Diode

8

Diode

9

Induktivität

10

Diode

F3

Fläche

F4

Fläche

I

Strom

IA

Anzugsstrom

IH

Haltestrom

Claims (6)

1. Elektronische Schaltungsanordnung (1) mit einem Wärme leitenden Substrat (S) und zwei auf dem Substrat (S) angeordneten, Verlustwärme abgebenden Komponenten (3, 4), dadurch gekennzeichnet, dass jeder Komponente jeweils eine Fläche (F3, F4) des Substrats (S) zugeordnet ist, über die Verlustwärme an das Substrat (S) abgegeben wird, und dass ein Teil der Fläche (F3, F4) jeder Komponente (3, 4) in dem Bereich der Fläche (F3, F4) der jeweils anderen Komponente (3, 4) angeordnet ist, wobei die der Verlustwärme abgebenden Komponenten (3, 4) zugeordnete Flächen (F3, F4) der elektronischen Schaltungsanordnung (1) flächenmäßig ineinander greifen, und wobei die Flächen (F3, F4) auf einem gemeinsamen Substrat (S) angeordnet sind.
2. Elektronische Schaltungsanordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Komponenten (3, 4) Ein-Chip-Halbleiterbauelemente sind.
3. Elektronische Schaltungsanordnung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Komponenten (3, 4) Transistoren, insbesondere MOS-FET-Transistoren, sind.
4. Elektronische Schaltungsanordnung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Komponenten (3, 4) Transistoren sind und als Halbbrücke verschaltet sind.
5. Elektronische Schaltungsanordnung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass die elektronische Schaltungsanordnung (1) eine stromgeregelte Endstufe ist.
6. Elektronische Schaltungsanordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Flächen (F3, F4) der Komponenten (3, 4) fingerförmig ineinander greifen.

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