DE19728281C1 - Zwei-Chip-Leistungs-IC mit verbessertem Kurzschlußverhalten - Google Patents
Zwei-Chip-Leistungs-IC mit verbessertem KurzschlußverhaltenInfo
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Description
Die Erfindung betrifft einen Zwei-Chip-Leistungs-IC, bei dem
ein einen Sensor aufweisender Sensor-Chip auf einem einen
Schalter aufweisenden Schalter-Chip aufgebracht und der
Sensor elektrisch mit dem Schalter verbunden ist, um den
Schalter mittels des Sensors dann abzuschalten, wenn die vom
Sensor erfaßte Temperatur einen voreinstellbaren Grenzwert
überschreitet.
Beispiele für derartige Zwei-Chip-Leistungs-ICs sind ein
TempFET ("temperature protected FET" bzw.
temperaturgeschützter FET) und ein ProFET ("protected FET"
bzw. geschützter Feldeffekttransistor). Diese Zwei-Chip-
Leistungs-ICs sind nur dann auch bei einem reduzierten
Kurzschlußstrom wirklich kurzschlußfest, wenn die
Temperaturerfassung ("temperature sensing") zuverlässig
mittels des auf dem Schalter-Chip aufgeklebten Sensor-Chips
vorgenommen werden kann. Das heißt, der Temperatursensor (im
folgenden auch kurz "Sensor" genannt) muß zuverlässig einen
Temperaturanstieg erfassen können, um rechtzeitig den
Schalter des Schalter-Chips abschalten zu können, bevor
dieser durch einen Kurzschlußstrom zerstört wird. Dies ist
aber dann problematisch, wenn der Kurzschlußstrom reduzierte
Werte hat, die keine ausreichende Erwärmung des Sensors des
Sensor-Chips bewirken.
Bei einem im allgemeinen aus einem FET bestehenden Schalter
des Schalter-Chips darf allgemein die erlaubte Gate-Source-
Spannung einen bestimmten Höchstwert nicht überschreiten,
damit bei einem Kurzschluß noch rechtzeitig vor einer
Zerstörung des Schalters ein Abschalten vorgenommen werden
kann. Selbst bei einem auf dem Schalter-Chip aufgeklebten
Sensor-Chip hat sich erwiesen, daß dieses rechtzeitige
Abschalten nicht zuverlässig zu gewährleisten ist, da in
vielen Fällen der Sensor-Chip sich nur relativ langsam
aufwärmt, was darauf zurückzuführen ist, daß die den
Schalter-Chip und den Sensor-Chip umhüllende Preßmasse für
eine zusätzliche Kühlung des Sensor-Chips sorgt, so daß die
vor Auftreten eines Kurzschlusses erzeugte Erwärmung des
Schalter-Chips nicht ausreicht, um den Sensor-Chip so zu
erwärmen, daß der Sensor ein Abschalten des Schalters des
Schalter-Chips vornehmen kann.
In der US 4,947,234 ist eine Anordnung aus einem
Leistungshalbleiterchip und einem Steuerschaltkreis der in
einem zweiten Halbleiterchip integriert ist, beschrieben. Der
Halbleiterchip mit dem Steuerschaltkreis ist dabei auf eine
der Oberseiten des Leistungshalbleiterchips aufgebracht,
wobei die beiden Halbleiterchips durch eine isolierende
Schicht und eine Lötschicht miteinander verbunden sind. Der
Halbleiterchip mit der Steuerschaltung ist über elektrische
Leitungen mit dem Leistungshalbleiterchip verbunden.
Es ist daher Aufgabe der vorliegenden Erfindung, einen Zwei-
Chip-Leistungs-IC mit verbessertem Kurzschlußverhalten
anzugeben, bei dem ein zuverlässiges Abschalten des Schalters
des Schalter-Chips vor Auftreten eines Kurzschlusses mittels
des Sensors des Sensor-Chips gewährleistet ist.
Zur Lösung dieser Aufgabe ist bei einem Zwei-Chip-Leistungs-
IC der eingangs genannten Art erfindungsgemäß vorgesehen, daß
mindestens eine Zuleitung des Schalters derart der Nähe des
Sensors geführt ist, daß ein guter Wärmeübergang zwischen
der Zuleitung und dem Sensor gegeben ist. Unter "Nähe" ist dabei zu verstehen, daß
diese Zuleitung auch den Sensor-Chip des Sensors berühren
kann. Dies kann dadurch geschehen, daß die Zuleitung des
Sensors mindestens teilweise die Oberfläche des Sensor-Chips
berührt. In vorteilhafter Weiterbildung der Erfindung ist
dabei vorgesehen, daß die Zuleitung durch Stich-Bonden mit
der Oberfläche des Sensor-Chips verbunden ist. Dabei kann die
Zuleitung mit einer Aluminium-Fläche des Sensor-Chips
verbunden werden, um für einen guten Wärmeübergang zwischen
der zum Schalter des Schalter-Chips führenden Zuleitung und
dem Sensor zu sorgen. Beide Chips und die Zuleitung können
durch eine Preßmasse umschlossen werden. Die Zuleitung ist in
bevorzugter Weise die Source-Zuleitung des Schalters des
Schalter-Chips. In vorteilhafter Weiterbildung der Erfindung
kann die Zuleitung schlingen- oder bogenförmig vom Schalter
des Schalt-Chips zur Oberfläche des Sensor-Chips geführt
werden.
Die Erfindung besteht also zusammenfassend darin, daß in
bevorzugter Weise der Source-Bonddraht in der Nähe des
Sensor-Chips geführt wird. Vor einem Auftreten eines
Kurzschlusses erwärmt sich dieser Bonddraht, und infolge der
Nähe zwischen Bonddraht und Sensor-Chip wird der Sensor nicht
nur vom Schalter-Chip von "unten", sondern auch mittels der
vom Bonddraht abgegebenen Wärme von "oben" aufgeheizt.
Dies bedeutet, daß der Sensor rascher höhere Temperaturen
annimmt und schneller auf einen auftretenden Kurzschluß
anspricht. Damit kann der Sensor des Sensor-Chips den
Schalter des Schalter-Chips rechtzeitig abschalten, bevor
dieser durch den in voller Höhe fließenden Kurzschlußstrom
zerstört wird.
Letztlich wird damit die Ausbeute an zuverlässigen Zwei-Chip-
Leistungs-ICs größer, wobei auch die erlaubte
Kurzschlußbelastung ansteigt, da durch die rasche Erwärmung
des Sensor-Chips ein zuverlässiges Abschalten des Schalters
des Schalter-Chips sichergestellt ist.
Selbstverständlich ist die Berührung zwischen der Zuleitung
bzw. dem Bonddraht und der Oberfläche des Sensor-Chips so zu
gestalten, daß die Berührungsstelle elektrisch von der
Schaltung des Sensor-Chips isoliert ist. Die bereits erwähnte
Aluminium-Fläche muß also von der Schaltung des Sensor-Chips
elektrisch getrennt sein, was beispielsweise ohne weiteres
dadurch geschehen kann, daß die Aluminium-Fläche auf
Siliziumdioxid aufgetragen ist.
Es ist aber zu betonen, daß die Zuleitung bzw. der Bonddraht
die Oberfläche des Sensor-Chips nicht zu berühren braucht. Es
ist auch ausreichend, wenn die Zuleitung bzw. der Bonddraht
nahe an die Oberfläche des Sensor-Chips herangeführt wird,
damit dieser durch den in der Zuleitung fließenden Strom
erwärmt wird.
Der Sensor-Chip kann zusätzlich zum Sensor weitere
integrierte Schaltungen enthalten. Auch ist es möglich, außer
dem Sensor-Chip auf dem Schalter-Chip noch weitere
integrierte Schaltungen aufweisende Chips anzubringen. Die
Bezeichnung "Zwei-Chip-Leistungs-IC" ist also so zu
verstehen, daß ein Schalter-Chip mit einem diesen schützenden
Sensor-Chip verbunden ist und gegebenenfalls noch weitere
Schaltungen aufweisen kann.
Nachfolgend wird die Erfindung anhand der Zeichnung näher
erläutert, in deren einziger Figur ein erfindungsgemäßer
Zwei-Chip-Leistungs-IC in Schnittdarstellung gezeigt ist.
Auf einem Schalter-Chip 1 mit einem Schalter aus
beispielsweise einem Leistungs-MOSFET ist ein Sensor-Chip 2
angeordnet, wobei der Sensor-Chip 2 durch eine
Klebstoffschicht 3 mit dem Schalter-Chip 1 unter elektrischer
Isolierung voneinander angeordnet ist. Von einem Kontakt 4
auf einer Source-Elektrode des MOSFETs des Schalter-Chips 1
führt eine elektrische Zuleitung 5 in der Form eines
Bonddrahtes zu einer äußeren Leiterbahn 6 eines
Leiterrahmens. Diese Zuleitung 5 ist schlingen- oder
bogenförmig gestaltet und führt zur Oberfläche des Sensor-
Chips 2, an der sie durch Stich-Bonden mit einer Aluminium-Fläche bzw.
Aluminiumfilm 7 verbunden ist, der unter elektrischer
Isolierung auf die Oberfläche des Sensor-Chips aufgetragen
ist.
Fließt nun ein hoher Strom durch die Zuleitung 5, so wird
durch die in der Zuleitung 5 erzeugte Wärme der Sensor-Chip 2
zusätzlich zu der Wärme erhitzt, die von dem Schalter-Chip 1
abgegeben wird. Auf diese Weise spricht der Sensor des
Sensor-Chips 2 zuverlässig auf die bei Auftreten eines
Kurzschlusses erzeugte Wärme an und schaltet den Schalter des
Schalter-Chips 1 ab, bevor dieser durch den Kurzschlußstrom
zerstört werden kann.
Wie bereits oben erwähnt wurde, braucht die Zuleitung 5 nicht
mit der Oberfläche des Sensor-Chips 2 verbunden zu werden.
Vielmehr genügt es, wenn die Zuleitung 5 in relativ großer
Nähe zu der Oberfläche des Sensor-Chips 2 geführt wird.
Für den Sensor kann in üblicher Weise eine Diode oder ein
Transistor eingesetzt werden.
Die Anordnung aus dem Schalter-Chip 1, dem Sensor-Chip 2 und
der Klebstoffschicht 3 kann zusammen mit der Zuleitung 5 im
Bereich der Bauteile 1 bis 3 mit einer Preßmasse umhüllt
werden, die zur Vereinfachung der Darstellung in der Figur
weggelassen ist.
Die Erwärmung des Sensor-Chips 2 kann noch dadurch gesteigert
werden, daß die Zuleitung 5 im Bereich des Sensor-Chips 2
bogenförmig oder schlingenförmig gestaltet ist, da dadurch in
der Nähe des Sensor-Chips 2 bei Auftreten eines hohen Stromes
in der Zuleitung 5 eine relativ große Erwärmung bewirkt wird.
Der Sensor-Chip 2 enthält zusätzlich zu dem eigentlichen
Sensor noch eine Schaltung, mit der ein Grenzwert eingestellt
werden kann, bei dessen Überschreiten der Schalter des
Schalter-Chips 1 abgeschaltet wird. Hierzu ist in geeigneter
Weise der Sensor des Sensor-Chips 2 elektrisch mit dem
Schalter des Schalter-Chips 1 verbunden. Dies kann durch
entsprechende Leiterbahnen zwischen dem Sensor-Chip 2 und dem
Schalter-Chip 1 durch die Klebstoffschicht 3 hindurch
geschehen.
Im oben beschriebenen Ausführungsbeispiel ist eine Zuleitung
5 gezeigt, die in der Nähe des Sensor-Chips 2 geführt ist.
Gegebenenfalls können anstelle einer Zuleitung auch zwei
Zuleitungen des Schalter-Chips 1, beispielsweise die Source-
Zuleitung und die Drain-Zuleitung, in der Nähe der Oberfläche
des Sensor-Chips 2 angeordnet werden.
Claims (6)
1. Zwei-Chip-Leistungs-IC, bei dem ein einen Sensor aufwei
sender Sensor-Chip (2) auf einem einen Schalter aufweisenden
Schalter-Chip (1) aufgebracht und der Sensor elektrisch mit
dem Schalter verbunden ist, um den Schalter mittels des Sen
sors dann abzuschalten, wenn die vom Sensor erfaßte Tempera
tur einen voreinstellbaren Grenzwert überschreitet, dadurch
gekennzeichnet, daß mindestens eine Zuleitung (5) des Schal
ters derart in der Nähe des Sensors geführt ist, daß ein gu
ter Wärmeübergang zwischen der Zuleitung (5) und dem Sensor
gegeben ist.
2. Zwei-Chip-Leistungs-IC nach Anspruch 1, dadurch gekenn
zeichnet, daß die Zuleitung (5) die Source-Zuleitung eines
MOSFETs des Schalters des Schalter-Chips (1) ist und minde
stens teilweise die Oberfläche des Sensor-Chips (2) berührt.
3. Zwei-Chip-Leistungs-IC nach Anspruch 1 oder 2, dadurch ge
kennzeichnet, daß die Zuleitung (5) durch Stich-Bonden mit
der Oberfläche des Sensor-Chips (2) verbunden ist.
4. Zwei-Chip-Leistungs-IC nach Anspruch 3, dadurch gekenn
zeichnet, daß die Zuleitung (5) mit einer Aluminium-Fläche
(7) des Sensor-Chips verbunden ist.
5. Zwei-Chip-Leistungs-IC nach einem der Ansprüche 1 bis 4,
gekennzeichnet durch eine die beiden Chips (1, 2) und die Zu
leitung (5) umschließende Preßmasse.
6. Zwei-Chip-Leistungs-IC nach einem der Ansprüche 1 bis 5,
dadurch gekennzeichnet, daß die Zuleitung (5) schlingen- oder
bogenförmig geführt ist.
Priority Applications (4)
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DE19728281C1 true DE19728281C1 (de) | 1998-10-29 |
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