DE20315053U1 - Bauelementanordnung mit einem Leistungs-Halbleiterbauelement und einer Defekterkennungsschaltung - Google Patents

Bauelementanordnung mit einem Leistungs-Halbleiterbauelement und einer Defekterkennungsschaltung Download PDF

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Abstract

Bauelementanordnung, die folgende Merkmale aufweist:
– ein Leistungs-Halbleiterbauelement (M),
– eine Ansteuerschaltung (10) für das Leistungs-Halbleiterbauelement, die in einer Halbleiterschicht (112) integriert ist, die eine Grunddotierung eines ersten Leistungstyps aufweist und in der mehrere erste Halbleiterzonen (210, 220) eines ersten zu der Grunddotierung komplementären Leitungstyps ausgebildet sind, die Bestandteil von Bauelementstrukturen der Ansteuerschaltung (10) sind, wobei während des Betriebs die ersten Halbleiterzonen (210, 220) an eine Anschlussklemme für ein erstes Potential (GND) gekoppelt sind und die Halbleiterschicht (112) an eine Anschlussklemme für ein zweites Potential (V+) gekoppelt ist, wobei dieses erste und zweite Potential (GND, V+) die zwischen der Halbleiterschicht (112) und den ersten Halbleiterzonen (210, 220) gebildeten Halbleiterübergänge in Sperrrichtung polen, gekennzeichnet, durch eine Defekterkennungsschaltung (20) mit einer Last (Z), die in Reihe zu der Halbleiterschicht (112) zwischen die erste und zweite Anschlussklemme geschaltet ist, und einer Detektionsschaltung (21), die einen Spannungsabfall über der Last (Z) ermittelt und abhängig von dem ermittelten Wert ein einen Defekt des Leistungs-Halbleiterbauelements anzeigendes Defektsignal (DS) erzeugt.

Description

  • Bauelementanordnung mit einem Leistungs-Halbleiterbauelement und einer Defekterkennungsschaltung
  • Die vorliegende Erfindung betrifft eine Bauelementanordnung mit einem Leistungs-Halbleiterbauelement und einer Defekterkennungsschaltung.
  • Bauelementanordnungen mit einem Leistungs-Halbleiterbauelement, beispielsweise einem MOSFET, und einer Ansteuerschaltung für das Leistungsbauelement, die in einem gemeinsamen Gehäuse integriert sind, sind hinlänglich bekannt. Beispiele für solche Bauelementanordnungen sind Bauelemente der PROFET®-Familie, die durch die Infineon Technolgies AG, München erhältlich sind. Der grundsätzliche Aufbau und die Funktionsweise solcher Bauelemente ist beispielsweise in "PROFET® Functional Description & Application Notes", Siemens Semiconductor Group, 04.Mar.97, oder in Datenblättern der Bauelemente, beispielsweise dem Datenblatt "PROFET® BTS 736 L2", Siemens Semiconductor Group, 1999-Ju1-20, beschrieben. Abhängig von der konkreten Ausführungsform kann eine solche Bauelementanordnung dabei ein oder mehrere Leistungsbauelemente mit jeweiliger Ansteuerschaltung umfassen.
  • 1 zeigt das elektrische Ersatzschaltbild einer solchen Bauelementanordnung, die in dem Beispiel einen als High-Side-Schalter eingesetzten Leistungs-MOSFET M10 aufweist, dessen Drain-Source-Strecke in Reihe zu einer Last Z zwischen Klemmen für Versorgungspotential V+, GND geschaltet ist, und die weiterhin eine Ansteuerschaltung 10 für den MOSFET M10 aufweist.
  • Die Ansteuerschaltung 10 dient zur Erzeugung geeigneter Ansteuersignale Vgs10 für das Leistungsbauelement M10 aus einem Eingangssignal Sin und umfasst außerdem Schutzschaltungen beispielsweise zum Schutz des Leistungsbauelements M10 vor zu hohen Lastströmen oder zu hohen Laststreckenspannungen. Außerdem umfassen bekannte Ansteuerschaltungen 10 vielfach einen integrierten Temperatursensor, zur Erfassung der Temperatur in der Bauelementanordnung. Erreicht diese Temperatur einen vorgegebenen Maximalwert, so wird das Leistungsbauelement geeignet angesteuert, üblicherweise gesperrt, um einen Laststrom Iz durch das Leistungsbauelement M10 zu unterbrechen und dadurch einer weiteren Erwärmung entgegen zu wirken.
  • In seltenen Fällen kann es zu einem Defekt des Leistungsbauelements M10 dahingehend kommen, dass das Bauelement nicht mehr vollständig abschaltet, und dadurch permanent von einem Strom Iz durchflossen ist. Dies kann im Extremfall zu einer so starken Erhitzung des Bauelements M10 führen, dass ein üblicherweise durch eine Kunststoffpressmasse gebildetes, das Leistungsbauelement M10 und die Ansteuerschaltung 10 umgebendes Gehäuse 12 oder eine nicht näher dargestellte Platine, auf der das Bauelement angeordnet ist, beschädigt wird oder gar zu brennen beginnt. Die interne Temperatursensorschaltung kann in diesem Fall nicht eingreifen, da das defekte Leistungsbauelement M10 auf Abschaltsignale durch die Ansteuerschaltung 10 nicht mehr reagiert.
  • Zur Erfassung der Temperatur im Innern einer Bauelementanordnung ist es aus der DE 198 35 266 A1 bekannt, den Sperrstrom von Halbleiterübergängen, die Teil einer Bauelementstruktur sind, zu erfassen.
  • Ziel der vorliegenden Erfindung ist es, eine Bauelementanordnung mit einem Leistungs-Halbleiterbauelement, einer Ansteuerschaltung für das Leistungs-Halbleiterbauelement und einer Defekterkennungsschaltung zur Verfügung zu stellen, bei der die Defekterkennungsschaltung einfach realisierbar ist und insbesondere eine Defekterkennung außerhalb eines Halbleiterkörpers, in dem das Leistungs-Halbleiterbauelement integriert ist, ermöglicht.
  • Dieses Ziel wird durch eine Bauelementanordnung gemäß der Merkmale des Anspruchs 1 gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen sind Gegenstand der Unteransprüche.
  • Die erfindungsgemäße Bauelementanordnung umfasst ein Leistungs-Halbleiterbauelement und eine Ansteuerschaltung für das Leistungs-Halbleiterbauelement. Die Ansteuerschaltung ist in einer Halbleiterschicht integriert, die eine Grunddotierung eines ersten Leistungstyps aufweist und in der mehrere erste Halbleiterzone eines ersten zu der Grunddotierung komplementären Leitungstyps ausgebildet sind, die Bestandteil von Bauelementstrukturen der Ansteuerschaltung sind. Während des Betriebs der Bauelementanordnung sind die ersten Halbleiterzonen an eine Anschlussklemme für ein erstes Potential gekoppelt sind, und die Halbleiterschicht ist an eine Anschlussklemme für ein zweites Potential gekoppelt ist, wobei dieses erste und zweite Potential die zwischen der Halbleiterschicht und den ersten Halbleiterzonen gebildeten Halbleiterübergänge in Sperrrichtung polen. Die Bauelementanordnung umfasst weiterhin eine Defekterkennungsschaltung mit einer Last, die in Reihe zu der Halbleiterschicht zwischen die erste und zweite Anschlussklemme geschaltet ist, und mit einer Detektionsschaltung, die einen Spannungsabfall über der Last ermittelt und abhängig von dem ermittelten Wert ein Defektsignal erzeugt, das einen Defekt des Leistungs-Halbleiterbauelements anzeigt.
  • Man macht sich bei der vorliegenden Erfindung zu Nutze, dass während des Normalbetriebes des Bauelements, also bei üblichen Temperaturen für die Halbleiterschaltungen spezifiziert sind, wegen der in Sperrrichtung gepolten Halbleiterübergänge ein vernachlässigbar kleiner Strom zwischen der ersten und zweiten Anschlussklemme fließt. Dieser Sperrstrom steigt exponentiell mit der Temperatur an, und erreicht bei Temperaturen, die bei Silizium im Bereich zwischen 250°C und 300°C liegen, so große Werte dass hierdurch ein erheblicher Teil der zwischen der ersten und zweiten Anschlussklemme anliegen den Spannung über der Last anliegt. Die Detektionsschaltung erzeugt abhängig von dem über der Last ermittelten Spannungsabfall ein Defektsignal, das zum Abschalten einer Versorgungsspannung der Bauelementanordnung verwendet werden kann, um dadurch ein weiteres Aufheizen der Bauelementanordnung und damit einen Brand zu vermeiden.
  • Die Defekterkennungsschaltung ist darüber hinaus auch bei bereits erhältlichen Leistungsbauelementen, beispielsweise bei PROFET®, einfach zu implementieren, da die Defekterkennungsschaltung außerhalb eines Gehäuses des Leistungsbauelements angeordnet werden kann, wobei lediglich die Last zwischen einen ohnehin vorhandenen Anschluss des Bauelements, der bei POROFETs bisher unmittelbar an Bezugspotential gelegt wird. und eine Versorgungsklemme zu schalten ist. Zur Temperaturerfassung und damit zur Defekterkennung wird der Sperrstrom ohnehin vorhandener Halbleiterübergänge, bzw. der durch diesen Sperrstrom an der Last hervorgerufene Spannungsabfall ausgewertet.
  • Gemäß einem Ausführungsbeispiel erzeugt die Detektionsschaltung ein einen Defekt des Leistungs-Halbleiterbauelements anzeigendes Defektsignal, wenn eine über der Last anliegende Spannung mehr als 50%, vorzugsweise mehr als 80%, der zwischen der ersten und zweiten Klemme anliegenden Spannung beträgt.
  • Die Defekterkennung funktioniert unabhängig davon, ob die Ansteuerschaltung und das Leistungs-Halbleiterbauelement in einem gemeinsamen Halbleiterkörper oder in getrennten Halbleiterkörpern angeordnet sind.
  • Vorzugsweise umfasst die Bauelementanordnung Schaltmittel zum Unterbrechen einer Spannungsversorgung des Leistungs-Halbleiterbauelements nach Maßgabe des Defektsignals.
  • Die vorliegende Erfindung wird nachfolgend in Ausführungsbeispielen anhand von Figuren näher erläutert.
  • 1 veranschaulicht eine bekannte Bauelementanordnung mit einem Leistungs-MOSFET und einer Ansteuerschaltung für den Leistungs-MOSFET.
  • 2 zeigt ein erstes Ausführungsbeispiel einer erfindungsgemäßen Bauelementanordnung.
  • 3 zeigt ein Ersatzschaltbild der in 2 dargestellten Bauelementanordnung.
  • 4 zeigt die Bauelementanordnung gemäß 3 mit Schaltmitteln zur Unterbrechung einer Spannungsversorgung der Bauelementanordnung.
  • 5 zeigt ein weiteres Ausführungsbeispiel einer erfindungsgemäßen Bauelementanordnung, bei der ein Leistungs-Halbleiterbauelement und eine Ansteuerschaltung in übereinander angeordneten Halbleiterchips integriert sind.
  • 6 zeigt einen Querschnitt durch einen die Ansteuerschaltung enthaltenden Halbleiterchip.
  • 7 zeigt in Draufsicht eine Bauelementanordnung, bei der ein Leistungs-Halbleiterbauelement und eine Ansteuerschaltung des Leistungs-Halbleiterbauelements in benachbart angeordneten Halbleiterchips integriert sind.
  • In den Figuren bezeichnen, sofern nicht anders angegeben, gleiche Bezugszeichen gleiche Teile mit gleicher Bedeutung.
  • 2 veranschaulicht ein erstes Ausführungsbeispiel einer erfindungsgemäßen Bauelementanordnung, die ein Leistungs- Halbleiterbauelement M und eine Ansteuerschaltung 10, die gemeinsam in einem Halbleiterkörper 100 integriert sind, und eine an die Ansteuerschaltung angeschlossene Defekterkennungsschaltung 20 aufweist. Der Halbleiterkörper 100 mit dem in dem Ausführungsbeispiel als Leistungs-MOSFET ausgebildeten Leistungs-Halbleiterbauelement und der Ansteuerschaltung 10 ist in 2 in Seitenansicht im Querschnitt dargestellt.
  • Der Halbleiterkörper 100 weist in dem Ausführungsbeispiel eine stark n-dotierte Halbleiterzone 110 und eine sich an diese Halbleiterzone 110 anschließende schwächer n-dotierte Halbleiterzone 112 auf. Die Halbleiterzone 110 ist beispielsweise ein Halbleitersubstrat, auf das die Halbleiterschicht 112 mittels Epitaxie aufgebracht ist. Diese im Bereich der Rückseite des Halbleiterkörpers 100 angeordnete stark n-dotierte Halbleiterzone 110 bildet die Drain-Zone des Bauelements, und die schwächer dotierte Halbleiterschicht 112 bildet dessen Driftzone. Der Leistungs-MOSFET M ist zellenartig ausgebildet und umfasst im Bereich einer der stark dotierten Halbleiterzone 110 abgewandten Seite eine Vielzahl gleichartiger Strukturen mit p-dotierten Body-Zonen 120, in denen n-dotierte Source-Zonen 130 angeordnet sind. Zur Ausbildung eines leitenden Kanals in der Body-Zone 120 zwischen den Source-Zonen 130 und der die Driftzone des Bauelements bildenden Halbleiterschicht 112 sind Gate-Elektroden 140 vorhanden, die durch eine Gate-Isolationsschicht 142 gegenüber dem Halbleiterkörper 100 isoliert und benachbart zu der Body-Zone 120 angeordnet sind. Die Source-Zonen 130 sind gemeinsam durch eine Source-Elektrode 150 kontaktiert, die den Source-Anschluss des Bauelements bildet. Diese im Bereich der Rückseite des Halbleiterkörpers 100 angeordnete stark n-dotierte Halbleiterzone 110 bildet die Drain-Zone des Bauelements, und die schwächer dotierte Halbleiterschicht 112 bildet dessen Driftzone.
  • Benachbart zu dem Zellenfeld mit dem Leistungs-MOSFET ist in dem Halbleiterkörper 100 eine Ansteuerschaltung für den Leistungs-MOSFET vorhanden. Zur Realisierung dieser Anstauerschaltung sind ausgehend von der Vorderseite des Halbleiterkörpers 100 komplementär zu der Halbleiterschicht 112 dotierte erste Halbleiterzonen 210, 220 in die Halbleiterschicht 112 eingebracht. In diesen Halbleiterzonen sind beliebige Halbleiterbauelemente, wie Dioden, Bipolartransistoren, MOSFET oder auch Widerstandselemente realisierbar, die über eine nicht näher dargestellte, oberhalb des Halbleiterkörpers 100 angeordnete Verdrahtungsebene zu der Ansteuerschaltung miteinander verdrahtet sind. Lediglich beispielhaft für die Bauelemente dieser Ansteuerschaltung zeigt 2 eine Diode, sowie einen p-leitenden MOSFET und einen n-leitenden MOSFET. Die Diode ist in der p-dotierten Wanne 220 durch Einbringen einer n-dotierten Halbleiterzone 221 gebildet, wobei die n-dotierte Halbleiterzone 221 die Kathodenzone und die p-dotierte Wanne die Anodenzone dieser Diode bildet.
  • Ein n-leitender MOSFET ist in der p-dotierten Wanne 210 durch Einbringen zweier beabstandet angeordneter komplementär zu der Wanne 210 dotierte Halbleiterzonen 211, 212 gebildet, die die Source- und Drain-Zonen dieses MOSFET bilden. Oberhalb der p-dotierten Wanne 210 und zwischen Source- und Drain-Zone 211, 212 ist eine Gate-Elektrode 218 isoliert durch eine Isolationsschicht 217 gegenüber der p-dotierten Wanne 210 angeordnet.
  • Zur Bildung eines P-leitenden MOSFET ist in dieser p-dotierten Wanne 210 eine n-dotierte Wanne 214 vorgesehen, in der beabstandet zueinander p-dotierte Halbleiterzonen 215, 216 vorgesehen sind, die die Source- und Drain-Zonen dieses Bauelements bilden. Eine Gate-Elektrode 219 ist oberhalb der n-dotierten Wanne 214 und isoliert durch eine Gate-Isolationsschicht 213 angeordnet.
  • Während des Betriebs des in dem dargestellten Ausführungsbeispiel n-leitenden Leistungs-MOSFET M liegt die Drain-Zone 110 und damit auch die sich daran anschließende Driftzone 112 auf einem positiven Versorgungspotential. Um zu verhindern, dass aus den p-dotierten Wannen 210, 220, in denen die Bauelemente der Ansteuerschaltung integriert sind, Ladungsträger in die Halbleiterschicht 112 injiziert werden, ist es hinlänglich bekannt, diese p-dotierten Wannen 210 auf ein negativeres Potential als das positive Potential der Drain-Zone 110 bzw. der Halbleiterschicht 112 zu legen. Vorzugsweise werden diese p-dotierten Wannen 210, 220 dabei auf das negativste in der Gesamtschaltung, in der die Bauelementanordnung eingesetzt wird, vorkommende Potential, also üblicherweise auf Bezugspotential, oder Masse gelegt.
  • Bei der erfindungsgemäßen Bauelementanordnung sind die p-dotierten Wannen 210, 220 über eine Last Z, beispielsweise einen ohmschen Widerstand, an Bezugspotential GND angeschlossen.
  • Während des Normalbetriebs des Bauelements, sind die pn-Übergänge zwischen den p-dotierten ersten Halbleiterzonen 210, 220 und der Halbleiterschicht 112 in Sperrichtung gepolt, sofern das Potential an der Drain-Zone 110, bzw. der Rückseite des Halbleiterkörpers 100 größer ist als das Bezugspotential GND. Eine Klemme K3, über welche die p-dotierten Zonen 210, 220 gemeinsam an die Last Z und über diese an Bezugspotential GND angeschlossen sind, liegt dann annähernd auf Bezugspotential GND.
  • 3 zeigt das elektrische Ersatzschaltbild der in 2 dargestellten Bauelementanordnung, wobei M den Leistungs-MOSFET bezeichnet, der in dem dargestellten Beispiel in Reihe zu einer Last ZL zwischen eine Klemme K1 für Versorgungspotential V+ und Bezugspotential GND geschaltet ist.
  • Parallel zu der in 3 als Block dargestellten Ansteuerschaltung 10 ist eine Diode DI dargestellt, die die pn-Übergänge zwischen den Halbleiterzonen 210, 220 und der Halbleiterschicht 112 und gemäß 2 repräsentiert.
  • Diese Diode D1 ist bei Normalbetrieb des Bauelements, also bei Anliegen eines positiven Versorgungspotentials an der ersten Anschlussklemme K1, die dem Drain-Anschluss des Leistungs-MOSFET M entspricht, in Sperrichtung gepolt, so dass bei Verwendung von Silizium als Halbleiterbauelement bis zu Temperaturen von etwa 200°C kein nennenswerter Strom in Sperrrichtung der Diode D über die Last Z nach Bezugspotential GND fließt.
  • Tritt nun eine Störung des Leistungs-MOSFET M auf, durch welche die Temperatur in dem Halbleiterkörper 100 auf Temperaturen von über 200°C ansteigt, so fließen Sperrströme über die pn-Übergänge, aus denen ein erheblicher Spannungsabfall über der Last ZL resultiert. Zur Detektion dieses Spannungsabfalls über der Last ZL ist eine Detektionsschaltung 21 vorgesehen, die ein auf einen Defekt des Leistungs-MOSFET M hinweisendes Defektsignal DS abhängig von dem über der Last detektierten Spannungsabfall Uz ausgibt. Diese Detektionsschaltung 21 ist vorzugsweise dazu ausgebildet, dann ein Defektsignal DS zu generieren, wenn der Spannungsabfall Uz über der Last Z mehr als 50%, vorzugsweise mehr als 80% der zwischen der ersten Anschlussklemme K1 und Bezugspotential GND anliegenden Versorgungsspannung beträgt.
  • Zur Defekterkennung, bzw. zur Detektion einer im Zusammenhang mit einem solchen Defekt stehenden extrem hohen Temperatur in dem Halbleiterkörper 100 können ausschließlich die ohnehin zur Realisierung der Ansteuerschaltung vorhandenen pn-Übergänge zwischen der Halbleiterschicht 112 und den p-dotierten Wannen 210, 220 genutzt werden. Bezugnehmend auf 2 können jedoch auch eine oder mehrere zusätzliche p-dotierte Wannen 230 im Bereich der Vorderseite des Halbleiterkörpers vorgesehen werden, die ausschließlich zur Temperaturdetektion dienen und ebenfalls an die gemeinsame Anschlussklemme K3 angeschlossen sind.
  • Der Halbleiterkörper 100 mit dem Leistungs-MOSFET und der Ansteuerschaltung ist beispielsweise hinlänglich bekannter Weise an einem Gehäuse integriert, das von außen zugängliche Anschlüsse K1 zum Anlegen der Versorgungsspannung, K2 zum Anschließen einer Last und K3 zum Anschließen der Ansteuerschaltung an Bezugspotential GND aufweist. Zwischen diese vorhandene Anschlussklemme K3 kann in der dargestellten Weise die Defekterkennungsschaltung 20 mit der Last Z und der Detektionsschaltung 21 geschaltet werden. Die in 3 dargestellte Bauelementanordnung kann somit in einfacher Weise unter Verwendung bekannter Leistungsbauelemente, beispielsweise unter Verwendung von PROFET® realisiert werden, wodurch auf einfache Weise eine Defekterkennung für herkömmliche Leistungs-Bauelemente erreicht werden kann.
  • 4 zeigt beispielhaft den Aufbau der Detektionsschaltung 21, die im einfachsten Fall einen Komparator K aufweist, der die über der Last Z anliegende Spannung Uz mit einer Referenzspannung Vref vergleicht, um abhängig von diesem Vergleich das Defektsignal DS zur Verfügung zu stellen.
  • Bei dem Ausführungsbeispiel gemäß 4 umfasst die Bauelementanordnung weiterhin einen Schalter 30, der zwischen das Versorgungspotential V+ und die erste Anschlussklemme K1 geschaltet ist, und der durch das Defektsignal DS angesteuert ist, um bei Detektion eines defekten Leistungs-MOSFET die Versorgungsspannung zu unterbrechen und eine weitere Erhitzung des Bauelements zu verhindern.
  • 5 zeigt ein Ausführungsbeispiel einer erfindungsgemäßen Bauelementanordnung, bei der ein Leistungs-Halbleiterbauelement in einem ersten Halbleiterkörper 100' integriert ist, auf dem ein zweiter Halbleiterkörper 200 angeordnet ist, in dem die Ansteuerschaltung für das Leistungs-Halbleiterbauelement integriert ist. Zwischen den Halbleiterkörpern 100', 200 ist eine Isolationsschicht 300 angeordnet.
  • Das Leistungs-Halbleiterbauelement kann beispielsweise als Leistungs-MOSFET ausgebildet sein und eine bereits anhand von 2 erläuterte zellenartige Struktur aufweisen. An einer Vorderseite des Halbleiterkörpers 100' sind Anschlusskontakte 141 für den Gate-Anschluss eines solchen MOSFET und 151 für den Source-Anschluss eines solchen Leistungs-MOSFET angeordnet. Diese Anschlusskontakte sind beispielsweise mittels Bonddrähten an entsprechende Ausgangsanschlüsse 241, 251 der in dem zweiten Halbleiterkörper 200 angeordneten Ansteuerschaltung angeschlossen.
  • Der interne Aufbau der in dem Halbleiterkörper 200 integrierten Ansteuerschaltung kann entsprechend der in 2 erläuterten Ansteuerschaltung gestaltet sein, wie in 6 dargestellt sind, in der entsprechende Bezugszeichen entsprechende Halbleiterzonen bezeichnen.
  • Anstelle eines Anschlusses des positiven Versorgungspotentials zum Vorspannen der Halbleiterübergänge zwischen den p-dotierten Halbleiterzonen 210, 220 und dem eine n-Grunddotierung aufweisenden Halbleiterkörper 200 ist bei der Ansteuerschaltung gemäß 6 eine n-dotierte Halbleiterzone 270 an der Vorderseite dieses Halbleiterkörpers 200 vorgesehen. Entsprechend den zuvor erläuterten Ausführungsbeispielen sind die p-dotierten Wannen 210, 220 über die Last Z während des Betriebs gemeinsam an Bezugspotential GND angeschlossen. Das Bezugszeichen 262 in 5 bezeichnet den Anschlusskontakt, an den die p-dotierten Wannen 210, 220 gemeinsam angeschlossen sind, und der an den von außen zugänglichen Anschluss K3 zum Anschließen der Detektionsschaltung 22 angeschlossen ist.
  • Der Halbleiterchip 100' mit dem Leistungs-Bauelement und der Halbleiterchip 200 mit der Ansteuerschaltung können selbstverständlich auch in einer Chip-by-Chip-Anordnung angeordnet werden, wie in 7 dargestellt ist. Die beiden Halbleiterkörper 100', 200 sind bei diesem Ausführungsbeispiel mit Ihren Rückseiten gemeinsam auf eine Leadframe 400 aufgebracht, der an das positive Versorgungspotential V+ angeschlossen ist. Auf den separaten Anschluss für das Versorgungspotential an der Vorderseite des Halbleiterchips 200 der Ansteuerschaltung kann in diesem Fall verzichtet werden. Zwischen den gemeinsamen Anschluss 262 der p-dotierten Wannen und Bezugspotential ist in entsprechender Weise die Detektionsschaltung 20 zur Erzeugung des Defektsignals DS geschaltet.
  • Die vorliegende Erfindung wurde anhand eines n-leitenden MOSFET als Leistungsbauelement und einer Ansteuerschaltung, die in p-dotierten Halbleiterwannen einer n-dotierten Halbleiterschicht angeordnet sind, erläutert. Die Erfindung ist selbstverständlich auch auf komplementäre Halbleiterbauelemente und eine Ansteuerschaltung mit komplementär dotierten Halbleiterzonen anwendbar, wobei dann die Vorzeichen der zuvor erläuterten Spannungen und Potentiale zu vertauschen sind.
  • Bezugszeichenliste
    • D
    Drain-Anschluss
    DI
    Diode
    DS
    Defektsignal
    G
    Gate-Anschluss
    GND
    Bezugspotential
    K
    Komparator
    S
    Source-Anschluss
    V+
    Versorgungspotential
    Vref
    Referenzspannung
    Z
    Last
    Z1
    Last
    Zu
    Spannungsabfall über der Last
    20
    Defekterkennungsschaltung
    21
    Detektionsschaltung
    30
    Schalter
    100
    Halbleiterkörper
    110
    Halbleitersubstrat, Drain-Zone
    112
    Halbleiterschicht, Driftzone
    120
    Body-Zone
    130
    Source-Zone
    140
    Gate-Elektrode
    142
    Gate-Isolation
    143
    Feldplatte
    150
    Source-Elektrode
    151
    Source-Anschluss
    262
    Kontaktfläche
    270
    n-dotierte Halbleiterzone
    100', 200'
    Halbleiterchips
    400
    Leadframe
    217, 213
    Isolationsschichten
    215, 216
    p-dotierte Halbleiterzonen
    218, 219
    Ansteuerelektroden
    441
    Gate-Anschluss
    241, 251
    Ansteuerausgänge
    210, 220, 230
    p-dotierte Halbleiterzonen
    211, 212, 214, 121
    n-dotierte Halbleiterzonen

Claims (8)

  1. Bauelementanordnung, die folgende Merkmale aufweist: – ein Leistungs-Halbleiterbauelement (M), – eine Ansteuerschaltung (10) für das Leistungs-Halbleiterbauelement, die in einer Halbleiterschicht (112) integriert ist, die eine Grunddotierung eines ersten Leistungstyps aufweist und in der mehrere erste Halbleiterzonen (210, 220) eines ersten zu der Grunddotierung komplementären Leitungstyps ausgebildet sind, die Bestandteil von Bauelementstrukturen der Ansteuerschaltung (10) sind, wobei während des Betriebs die ersten Halbleiterzonen (210, 220) an eine Anschlussklemme für ein erstes Potential (GND) gekoppelt sind und die Halbleiterschicht (112) an eine Anschlussklemme für ein zweites Potential (V+) gekoppelt ist, wobei dieses erste und zweite Potential (GND, V+) die zwischen der Halbleiterschicht (112) und den ersten Halbleiterzonen (210, 220) gebildeten Halbleiterübergänge in Sperrrichtung polen, gekennzeichnet, durch eine Defekterkennungsschaltung (20) mit einer Last (Z), die in Reihe zu der Halbleiterschicht (112) zwischen die erste und zweite Anschlussklemme geschaltet ist, und einer Detektionsschaltung (21), die einen Spannungsabfall über der Last (Z) ermittelt und abhängig von dem ermittelten Wert ein einen Defekt des Leistungs-Halbleiterbauelements anzeigendes Defektsignal (DS) erzeugt.
  2. Bauelementanordnung nach Anspruch 1, bei der die Detektionsschaltung (21) ein einen Defekt des Leistungs-Halbleiterbauelements anzeigendes Defektsignal (DS) erzeugt, wenn eine über der Last (Z) anliegende Spannung (Uz) mehr als 50% der zwischen der ersten und zweiten Klemme anliegenden Spannung beträgt.
  3. Bauelementanordnung nach Anspruch 2, bei der die Detektionsschaltung (21) ein Defektsignal (DS) erzeugt, wenn eine über der Last (Z) anliegende Spannung (Uz) mehr als 80%, vorzugsweise mehr als 90% der zwischen der ersten und zweiten Klemme anliegenden Spannung beträgt.
  4. Bauelementanordnung nach einem der vorangehenden Ansprüche, bei der das wenigstens eine Halbleiterschaltelement (M) und die Ansteuerschaltung (10) in einem gemeinsamen Halbleiterkörper (100) integriert sind.
  5. Bauelementanordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, bei der das wenigstens eine Halbleiterschaltelement und die Ansteuerschaltung in getrennten Halbleiterkörpern (100, 200) angeordnet sind, die übereinander liegend oder nebeneinander liegend angeordnet sind.
  6. Bauelementanordnung nach einem der vorangehenden Ansprüche, bei der die Last (Z) außerhalb eines den oder die Halbleiterkörper enthaltenden Gehäuses angeordnet ist.
  7. Bauelementanordnung nach einem der vorangehenden Ansprüche, die Schaltmittel (30) zum Unterbrechen einer Spannungsversorgung des Leistungs-Halbleiterbauelements (M) nach Maßgabe des Defektsignals (DS) umfasst.
  8. Bauelementanordnung nach einem der vorangehenden Ansprüche, bei der das Leistungs-Halbleiterbauelement und die Ansteuerschaltung Teil eines PROFET® sind.
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