DE2926377C2 - - Google Patents

Description

Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf eine mo­ nolithische Halbleiteranordnung zur Spannungsrege­ lung von Lichtmaschinen bei Kraftfahrzeugen, bei wel­ cher innerhalb eines auf einem Kühlkörper befestigten Halbleitersubstrates einen gemeinsamen Kollektor auf­ weisende Leistungsschaltelemente in Form eines Lei­ stungstransistors und eines vorgeschalteten Treiber­ transistors mit jeweils einer pnp- oder npn-Struktur so­ wie zusatzlich eine Anzahl von Steuerschaltelemente in Form eines Steuertransistors, einer Zenerdiode und 60 elektrischer Widerstände eindiffundiert sind, wobei in­ nerhalb der die gemeinsame Kollektorschicht der Lei­ stungsschaltelemente bildenden Halbleiterschicht des Halbleitersubstrats eine wannenförmige Isolierschicht vorgesehen ist, innerhalb welcher der Steuertransistor angeordnet ist (AT-PS 2 92 851).

Für Lichtmaschinen von Kraftfahrzeugen finden in zunehmendem Maße Halbleiterspannungsregler Ver­ wendung, welche unter Vermeidung mechanischer Kon­ takte im wesentlichen aus Halbleiterelementen, wie Di­ oden und Transistoren, aufgebaut sind. Derartige Halb­ leiterspannungsregler können dabei aufgrund ihrer klei­ nen Bauweise im allgemeinen unmittelbar an die jeweili­ ge Lichtmaschine angebaut werden. (S. beispielsweise DE-OS 22 29 664.)

Um die Bauweise derartiger Halbleiterspannungsreg­ ler für Kraftfahrzeuge weiterhin zu reduzieren, ist es fernerhin bekannt (s. AT-PS 2 92 851), den Halbleiter­ spannungsregler in monolithischer Bauweise herzustel­ len, indem sowohl die erforderlichen Leistungstransisto­ ren als auch die leistungsschwächeren Vorstufentransi­ storen und die übrigen passiven Bauelemente auf einem gemeinsamen Substrat untergebracht sind. Da im Be­ reich der Leistungstransistoren zwangsläufig Span­ nungsspitzen auftreten, ist in diesem Zusammenhang innerhalb des Halbleitersubstrats eine wannenförmige Isolierschicht vorgesehen, welche der Aufnahme des ei­ nen Steuertransistors dient.

Es ist die Aufgabe der vorliegenden Erfindung, die monolithische Halbleiteranordnung zur Spannungsre­ gelung von Lichtmaschinen bei Kraftfahrzeugen der eingangs genannten Art dahingehend weiterzubilden, daß bei sehr kompakter Bauweise ein zufriedenstellen­ der genereller Schutz der leistungsschwächeren An­ steuerschaltelemente des Spannungsreglers gegenüber den an den Leistungstransistoren auftretenden Span­ nungsspitzen erzielbar ist, demzufolge der betreffende in monolithischer Halbleiterbauweise hergestellte Spannungsregler selbst im sehr rauhen Betrieb eines unter unterschiedlichen Bedingungen betriebenen Kraftfahrzeugs über lange Zeiträume hinweg zufrieden­ stellend arbeitet.

Erfindungsgemäß wird dies dadurch erreicht, daß in­ nerhalb der wannenförmigen Isolierschicht neben dem Steuertransistor zusätzlich weitere Steuerschaltelemen­ te gemeinsam angeordnet sind, und daß zwischen den Leistungsschaltelementen und der die Steuerschaltele­ mente aufnehmenden wannenförmigen Isolierschicht zusätzlich eine Entstörungsdiode vorgesehen ist, deren wannenförmiger Anodenbereich bis hinunter in die un­ tere Halbleiterschicht des Halbleitersubstrats ragt.

Im Rahmen der vorliegenden Erfindung ist die inner­ halb des Halbleitersubstrats vorgesehene wannenförmi­ ge Isolierschicht derart ausgebildet, daß innerhalb der­ selben neben dem Steuertransistor zusätzlich eine An­ zahl weiterer Steuerschaltelemente vorgesehen sind, so daß auf diese Weise bei sehr kompakter Bauweise eben­ falls diese zusätzlichen Steurschaltelemente gegenüber dem an den Leistungstransistoren auftretenden Span­ nungsspitzen in zufriedenstellender Weise geschützt sind. Zwischen den vorgesehenen Leistungsschaltele­ menten und den innerhalb der wannenförmigen Isolier­ schicht angeordneten Steuerschaltelementen ist ferner­ hin zusätzlich eine Entstörungsdiode vorgesehen, die als Freilaufdiode für den Erregerstromkreis dient, und mit welcher die an den Leistungstransistoren auftretenden Spannungsspitzen in zufriedenstellender Weise abgelei­ tet werden können. Die Anordnung der Entstörungsdio­ de zwischen den Leistungsschaltelementen und den son­ stigen Steuerschaltelementen erweist sich dabei inso­ weit als zweckmäßig, weil dadurch die von der Entstö­ rungsdiode zu den Leistungsschaltelementen führenden Leitungswege sehr kurz gemacht werden können. Die vorgesehene Entstörungsdiode ist schließlich noch der­ art ausgebildet, daß ihr wannenförmiger Anodenbereich bis hinunter in die untere Halbleiterschicht des Halblei­ tersubstrats ragt, so daß auf diese Weise durch Vergrö­ ßerung der Kathodenschicht die Durchschlagspannung der betreffenden Entstörungsdiode entsprechend ver­ größert werden kann.

Eine erste Ausführungsform des erfindungsgemäßen Halbleiterspannungsreglers ist dadurch gekennzeich­ net, daß das monolithisch integrierte Halbleiterelement unter Zwischenschaltung eines Keramiksubstrats auf dem Kühlkörper befestigt ist, wobei dieses Keramiksub­ strat zusätzlich weitere Steuerschaltelemente in Form eines Kondensators und/oder elektrische Widerstände trägt.

Eine zweite Ausführungsform des erfindungsgemä­ ßen Spannungsreglers ergibt sich hingegen dadurch, daß das monolithisch integrierte Halbleiterelement un­ mittelbar auf dem Kühlkörper festgelötet ist, welcher zusätzlich ein Keramiksubstrat trägt, auf welchem wei­ tere Schaltelemente in Form eines Kondensators und oder elektrische Widerstände befestigt sind.

Die Erfindung soll nunmehr anhand von Ausfüh­ rungsbeispielen näher erläutert und beschrieben wer­ den, wobei auf die beigefügte Zeichnung Bezug genom­ men ist. Es zeigt

Fig. 1 ein Schaltdiagramm eines Spannungsreglers für Drehstromlichtmaschinen von Kraftfahrzeugen, bei welchen die erfindungsgemäße Halbleiteranordnung verwendbar ist,

Fig. 2 eine Schnittansicht einer monolithischen Halb­ leiteranordnung eines Spannungsreglers gemäß der Er­ findung und

Fig. 3 und 4 Schnittansichten von zwei verschiedenen Halbleiterspannungsreglern, welche unter Einsatz mo­ nolithischer Halbleiteranordnungen gemäß Fig. 2 auf­ gebaut sind.

Fig. 1 veranschaulicht die elektrische Schaltung zur Regelung der Ausgangsspannung einer Drehstromlicht­ maschine eines Kraftfahrzeuges. Die dargestellte An­ ordnung umfaßt einen Drehstromgenerator 10 mit einer Dreiphasenstatorwicklung 100 in Sternschaltung sowie einer Feldwicklung 102. Ferner ist eine Dreiphasen- Vollweggleichrichterbrücke 20 vorgesehen, die zur Vollweggleichrichtung der Ausgangsspannung des Ge­ nerators 10 mit der Statorwicklung 100 verbunden ist.

Die Gleichrichterbrücke 20 weist drei Ausgangsklem­ men 200, 202 und 204 auf, an welchen zwei gleichgerich­ tete Spannungen über erste und dritte bzw. über zweite und dritte Ausgangsklemmen abgegeben werden. Die dritte Ausgangsklemme 204 liegt dabei an Masse.

Die Feldwicklung 102 des Generators 10 und die Aus­ gangsklemmen 202 und 204 der Gleichrichterbrücke 20 sind an einen Halbleiterspannungsregler 30 angeschlos­ sen, welcher die gleichgerichtete Ausgangsspannung des Generators 10 auf eine vorbestimmte Größe zu re­ geln vermag. Der Spannungsregler 30 umfaßt dabei eine Entstörungsdiode 300, deren Anode mit dem einen Ende der Feldwicklung 102 des Generators 10 und mit den Kollektoren von zwei npn-Transistoren 302 und 304 in Darlingtonschaltung verbunden ist, welche Leistungs­ schaltelemente darstellen. Die Entstörungsdiode 300 ab­ sorbiert die an der Feldwicklung 102 sonst auftretenden 60 Spannungsspitzen. Der Leistungstransistor 302 ist mit seinem Emitter an die dritte Ausgangsklemme 204 der Gleichrichterbrücke 20 und daher an Masse angeschlos­ sen, wobei er bei Ansteuerung durch den Treibertransi­ stor 304 die Größe des Feldstroms durch die Feldwick­ lung 102 einstellt.

Der Treibertransistor 304 ist an seiner Basis mit ei­ nem Basiswiderstand 306 verbunden, welcher über ei­ nen Erregungswiderstand 308 mit der Kathode der Ent­ störungsdiode 300 und außerdem mit dem Kollektor eines npn-Steuertransistors 310 verbunden ist. Der Steuertransistor 310 ist mit seiner Basis an die Anode einer Zenerdiode 312 angeschlossen und liegt außerdem mit Emitter und Kollektor über einem Basiswiderstand 314 bzw. einem Kondensator 316 an der Basis dieser Zenerdiode 312, wobei der Emitter außerdem mit dem Emitter des Leistungstransistors 302 verbunden ist. Der Steuertransistor 310 bewirkt das Durchschalten und Sperren der Leistungstransistoren 304 und 302. Die Ze­ nerdiode 312 ist mit ihrer Kathode über den Verbin­ dungspunkt zwischen zwei einen Spannungsteiler bil­ denden Widerständen 318 und 320 geschaltet, die ihrer­ seits an der zweiten und dritten Ausgangsklemme 202 bzw. 204 der Gleichrichterbrücke 20 angeschlossen sind.

Die Zenerdiode 312 spricht dabei an, sobald die gleich­ gerichtete Ausgangsspannung des Generators 10 bzw. die Spannung an dem Verzweigungspunkt zwischen den Widerständen 318 und 320 eine vorbestimmte Größe erreicht.

Der Spannungsregler 30 besitzt ferner vier Anschlüs­ se 322, 324, 326 und 328, wobei der erste Anschluß 322 die Emitter der Leistungsschaltelemente 302, 304 mit Masse verbindet, der zweite Anschluß 324 Kollektoren dieser Leistungsschaltelemente 302, 304 an das eine En­ de der Feldwicklung 102 des Generators 10 anschließt, der dritte Anschluß 326 den Widerstand 318 und die Kathode der Entstörungsdiode 300 mit der zweiten Ausgangsklemme 202 der Gleichrichterbrücke 20 ver­ bindet, die anschließend an das andere Ende der Feld­ wicklung 102 angeschlossen ist, und der vierte Anschluß 328 mit dem Verbindungspunkt zwischen den Wider­ ständen 306 und 308 verbunden ist. Die erste Ausgangs­ klemme 200 der Gleichrichterbrücke 20 ist schließlich noch mit dem Pluspol einer Batterie 40 verbunden, de­ ren Minuspol an Masse liegt und daher mit der dritten Ausgangsklemme 204 der Gleichrichterbrücke 20 ver­ bunden ist. Der Pluspol der Batterie 40 ist außerdem über eine Reihenschaltung eines Zündschalters 50 und einer Ladungsanzeigelampe 60 mit der zweiten Aus­ gangsklemme 202 der Gleichrichterbrücke 20 verbun­ den.

Die Funktionsweise der beschriebenen Schaltung ist wie folgt: Wenn der Zündschalter 50 in Schließstellung gebracht wird, liefert die Batterie 40 über den Basiswi­ derstand 306 einen Basisstrom an den Treibertransistor 304, so daß die beiden Leistungsschaltelemente 304 und 302 durchschalten und demzufolge ein Feldstrom durch die Feldwicklung 102 fließt. Durch Aufleuchten der La­ dungsanzeigelampe 60 wird ferner angezeigt, daß die Batterie 40 nicht geladen wird. Durch das Anlassen ei­ ner nicht dargestellten Brennkraftmaschine wird der Drehstrom-Generator 10 in Drehung versetzt, welcher über die Statorwicklung 200 eine Ausgangs-Wechsel­ spannung abgibt, die von der Vollweggleichrichterbrük­ ke 20 gleichgerichtet wird. Die gleichgerichtete Aus­ gangsspannung der Gleichrichterbrücke 20 und daher das Potential an dem Verbindungspunkt der beiden Wi­ derstände 318 und 320 ist anfänglich so niedrig, daß die Zenerdiode 312 im Sperrzustand verbleibt.

Anschließend erhöht sich die Drehzahl des Dreh­ stromgenerators 10 allmählich, bis seine Ausgangsspan­ nung eine vorbestimmte Größe übersteigt, zu welchem Zeitpunkt das Potential an dem Verbindungspunkt der beiden Widerstände 318 und 320 hoch genug ist, um die Zenerdiode 312 leitfähig zu machen. Die leitende Zener­ diode 312 bewirkt einen Basisstrom über den Steuer­ transistor 310, wodurch derselbe durchgeschaltet wird.

Beim Durchschalten des Steuertransistors 310 werden die Leistungsschaltelemente 304 und 302 in den Sperr­ zustand versetzt, wodurch der durch die Feldwicklung 102 fließende Feldstrom unterbrochen wird. Die Aus­ gangsspannung des Generators 10 fällt demzufolge un­ ter einen vorbestimmten Wert ab, worauf die Zenerdi­ ode 312 wieder in den ursprünglichen Sperrzustand zu­ rückkehrt und den Steuertransistor 310 sperrt. Demzu­ folge werden die Leistungsschaltelemente 304 und 302 erneut durchgeschaltet, so daß der Feldstrom wieder durch die Feldwicklung 102 fließen kann und die Aus­ gangsspannung des Generators 10 wieder ansteigt. Das Durchschalten und Sperren der Leistungsschaltelemen­ te 302 und 304 erfolgt dabei über eine Steuerschaltung, welche aus dem Steuertransistor 310, der Zenerdiode 312, dem Kondensator 316 sowie der zugeordneten Wi­ derstände 314, 318 und 320 aufgebaut ist.

Durch Wiederholung der vorstehend beschriebenen Vorgänge wird die Ausgangsspannung des Drehstrom­ generators 10 auf der vorbestimmten Größe gehalten.

Die vom Generator 10 abgegebene, geregelte Wechsel­ spannung wird nach Gleichrichtung durch die Gleich­ richterbrücke 20 der Batterie 40 zugeführt, um dieselbe auf einen vorbestimmten Spannungswert aufzuladen.

Andererseits ist die gleichgerichtete Ausgangsspannung an der zweiten Ausgangsklemme 202 der Gleichrichter­ brücke 20 praktisch gleich der Spannung an der Batterie 40, wobei sie die Zufuhr des Feldstroms übernimmt.

Ünter diesen Bedingungen erlischt die Ladungsanzeige­ lampe 60, wodurch das Aufladen der Batterie 40 ange­ zeigtwird.

Der Halbleiter-Spannungsregler 30 gemäß Fig. 1 ent­ hält eine Anzahl aktiver Elemente, wie die Leistungs- und Steuertransistoren 302, 304 und 310 und die Dioden 300 und 312, sowie eine Anzahl passiver Elemente, wie die Widerstände 306, 308, 314, 318 und 320 sowie den Kondensator 316.

Gemäß der Erfindung sind diese aktiven und passiven Elemente in einem integrierten Halbleiterelement 360 zusammengefaßt, das in Fig. 2 schematisch dargestellt ist.

Das in Fig. 2 dargestellte integrierte Halbleiterele­ ment umfaßt ein N+-Halbleitersubstrat 378, welches den Kollektorbereich der beiden Leistungstransistoren 302 und 304 bildet, ferner eine erste N--Halbleiter­ schicht 380, welche auf dem N+-Halbleitersubstrat 378 aufgebracht ist, sowie eine zweite N--Halbleiterschicht 382, welche sich über der ersten N⁻-Halbleiterschicht 380 befindet.

Der im linken Endabschnitt der dreilagigen Struktur 378 bis 382 angeordnete Leistungstransistor 302 umfaßt einen in der zweiten N⁻-Halbleiterschicht 382 angeord­ neten P⁺ Basisbereich 302 b, welcher einen N⁺-Emitter­ bereich 302 c umschließt, wobei beide Bereiche 302 b, 302 c an der Oberfläche der zweiten N⁺-Halbleiter­ schicht 382 freiliegen. Der auf der rechten Seite des Leistungstransistors 302 in einem vorbestimmten Ab­ stand von diesem angeordnete Treibertransistor 304 enthält hingegen einen P⁺-Basisbereich 304 b und einen 60 N⁺-Emitterbereich 304 c, welche ähnlich den entspre­ chenden Bereichen 302 b, 302 c des Leistungstransistors 302 ausgebildet sind.

Die rechts vom Treibertransistor 304 in einem vorbe­ stimmten Abstand von diesem angeordnete Entstö­ rungsdiode 300 umfaßt einen in die erste N⁻-Halbleiter­ schicht 380 in deren Längsrichtung eingelassenen Ano­ denbereich 300 a sowie zwei P⁺-Anodenwände 300 b, welche von den beiden Enden des Anodenbereichs 300 a abgehen und im wesentlichen senkrecht zur zweiten N⁻-Halbleiterschicht 382 verlaufen. Die Anodenwände 300 b liegen an der Oberfläche der zweiten N⁻-Halblei­ terschicht 382 frei und legen zwischen sich einen N⁻-Kathodenbereich 300 c fest. Im N⁻-Kathodenbe­ reich 300 c ist ein N⁺-Kathodenbereich 300 d angeord­ net, welcher an der Oberfläche der zweiten N⁻-Halblei­ terschicht 382 freiliegt.

Der restliche Teil des Halbleiterelementes 360 enthält den Steuertransistor 310, die Zenerdiode 312 und den Widerstand 318, welche jeweils in der angegebenen Rei­ henfolge in vorbestimmten gegenseitigen Abständen in der zweiten N⁻-Halbleiterschicht 382 liegen und von einem gemeinsamen wannenförmigen P⁺-Isolierhalb­ leiterbereich 384 umschlossen werden. Letzterer er­ streckt sich über die gesamte Dicke der zweiten N⁻-Halbleiterschicht 382 und ist in einem vorbestimm­ ten Abstand von der Enstörungsdiode 300 angeordnet.

Der der Entstörungsdiode 300 am nächsten gelegene Steuertransistor 310 enthält einen N⁺-Kollektorbereich 310 a, einen P⁺-Basisbereich 310 b sowie einen N⁺-Emit­ terbereich 310 c, deren Enden jeweils an der Oberfläche der zweiten N⁻-Halbleiterschicht 382 freiliegen. Die Zenerdiode 312 befindet sich auf der rechten Seite des Steuertransistors 310 in einem N⁺-Halbleiterabschnitt 312 a und umfaßt einen P⁺-Anodenbereich 312 b sowie einen N⁺-Kathodenbereich 312 c, deren Enden jeweils an der Oberfläche der zweiten N⁻-Halbleiterschicht 382 freiliegen. Der Widerstand 318 ist schließlich auf der rechten Seite der Zenerdiode 312 in einem N⁺-Halblei­ terbereich 318 a angeordnet und weist dabei einen P⁺-Widerstandsbereich 318 b auf. Die restlichen Wider­ stände 306, 308, 314 und 320 der Schaltung können in ähnlicher Weise in vorbestimmten Abschnitten inner­ halb der zweiten N⁻-Halbleiterschicht 382 angeordnet sein, obgleich sie der Übersichtlichkeit halber nicht nä­ her dargestellt sind.

Bei der Herstellung der Anordnung nach Fig. 2 wird zunächst auf der oberen Fläche des N⁺-Halbleitersub­ strats 378 über dessen Gesamtfläche hinweg die N⁻-Halbleiterschicht 380 durch eptaxiales Aufwachsen geformt. Sodann wird der eingelassene P⁺-Anodenbe­ reich 300 a der Entstörungsdiode 300 nach selektiver Diffusionstechnik im vorgesehenen Abschnitt der N⁻-Halbleiterschicht 380 geformt. Anschließend wird auf der ersten N⁻-Halbleiterschicht 380 durch epitaxia­ les Aufwachsen die zweite N⁻-Halbleiterschicht 382 so aufgebracht, daß sie sich über die gesamte Fläche dieser ersten Schicht erstreckt. In der Folge werden dann durch selektive Diffusion die P⁺-Basisbereiche 302 b und 304 b der Leistungsschaltelemente 302 und 304, die P⁺-Anodenwände 300 b der Entstörungsdiode 300 und der P⁺-Isolierhalbleiterbereich 384 gleichzeitig in ihren vorgesehenen Positionen auf der zweiten N⁻-Halblei­ terschicht 382 angeordnet. Dabei wird der N⁻-Katho­ denbereich 300 c durch den Anodenbereich 300 a und die Anodenwände 300 b der Entstörungsdiode 300 festge­ legt. Durch selektive Diffusion werden außerdem gleichzeitig die N⁺-Emitterbereiche 302 c und 304 c der Leistungsschaltelemente 302 und 304 in deren P⁺-Basis­ bereichen 302 b bzw. 304 b sowie der N⁺-Kollektorbe­ reich 310 a des Steuertransistors 310, die N⁺-Halbleiter­ bereiche 312 a und 318 a für die Zenerdiode 312 bzw. den Widerstand 318 jeweils in den vorgesehenen Abschnit­ ten des P⁺-Isolierhalbleiterbereichs 384 und die N⁺-Halbleiterbereiche für die restlichen Widerstände ausgebildet. Im Anschluß hieran werden der P⁺-Basis­ bereich 310 b des Steuertransistors 310, der P⁺-Anoden­ bereich 312 b der Zenerdiode 312 und der P⁺-Wider­ standsbereich 318 b gleichzeitig im Kollektorbereich 310 a duch selektive Diffusion ausgebildet, ebenso wie die N⁺-Halbleiterbereiche 312 a und 318 a. Dabei wer­ den auch die P⁺-Widerstandsabschnitte für die restli­ chen Widerstände auf ähnliche Weise in den zugeordne­ ten N⁺-Halbleiterbereichen geformt. Durch selektive Diffusion werden schließlich der N⁺-Diodenkathoden­ bereich 300 d, der N⁺-Steueremitterbereich 310 c und der N⁺-Zenerkathodenbereich 312 c im N⁻-Diodenka­ thodenbereich 300 c, der P⁺-Steuerbasisbereich 310 b so­ wie der P⁺-Zeneranodenbereich 312 b gleichzeitig ge­ formt.

Fig. 3 zeigt eine erste Ausführungsform des erfin­ dungsgemäßen Halbleiterspannungsreglers, welcher unter Einsatz der Halbleiterelements 360 von Fig. 2 aufgebaut ist. Das integrierte Halbleiterelement 360 ist dabei über Anschlußstreifen und Elektroden mit einem Keramiksubstrat 330 verbunden, wobei jedoch in der Figur aus Einfachheitsgründen nur ein einziger An­ schlußstreifen 334 und eine einzige Elektrode 332 dar­ gestellt sind. Daneben sind auf dem Keramiksubstrat 330 noch weitere passive Elemente, beispielsweise der Kondensator 316 sowie der Widerstand 320 befestigt und unter Bildung einer Dickschicht-Hybridschaltung entsprechend elektrisch angeschlossen. Das gesamte Keramiksubstrat 330 ist dann wiederum unter Zwi­ schenschaltung einer Klebemittelschicht 350 auf einem entsprechenden Kühlkörper 370 befestigt.

Der Halbleiterspannungsregler von Fig. 4 unterschei­ det sic von demjenigen gemäß Fig. 3 nur dadurch, daß das integrierte Halbleiterelement 360 unmittelbar über die Elektroden 334 an dem Kühlkörper 370 hart festge­ lötet ist, während die Befestigung des Kondensators 316 und des Widerstandes 320 auf dem Kühlkörper 370 un­ ter Zwischenschaltung eines entsprechenden Keramik­ substrats 330 und einer Klebemittelschicht erfolgt.

Durch das unmittelbare Festlöten des integrierten Halbleiterelements 360 auf dem Kühlkörper 370 wird dabei eine besonders gute Wärmeableitung erreicht, in welchem Fall der Kühlkörper 370 als Anschlußklemme 324 gemäß Fig. 1 dient, weil er am Kollektorpotential des Leistungstransistors 302 liegt.

Die vorliegende Erfindung bietet verschiedene Vor­ teile: So besitzt der erfindungsgemäße Halbleiterspan­ nungsregler eine hohe Zuverlässigkeit, weil sämtliche aktiven Elemente sowie ein Teil der passiven Elemente auf einem einzigen Halbleitersubstrat integriert sind, wodurch die Zahl der den Halbleiterspannungsregler bildenden Bauteile verringert wird. Diese Verkleine­ rung der Anzahl von Bauteilen ist dabei mit einer ent­ sprechenden Verringerung der Anzahl von Leistungs­ verbindungen und Anschlüssen verbunden. Außerdem läßt sich ohne weiteres eine automatische Montage ei­ nes derartigen Halbleiterspannungsreglers duchführen, so daß eine Massenfertigung mit entsprechend redu­ zierten Kosten möglich ist. Darüber hinaus besitzt der erfindungsgemäße Halbleiterspannungsregler kleine Abmessungen, weil das zugeordnete Gehäuse nur so groß zu sein braucht, daß es einen für die Abfuhr der erzeugten Wärme dienenden Kühlkörper und ein ent­ sprechendes Keramiksubstrat für die Aufnahme der passiven Elemente umschließt. Das vorgesehene Halb­ leitersubstrat enthält dabei einen Leistungstransistor sowie einen ziemlich weit von dem Steuertransistor an­ geordneten Treibertransistor, wobei innerhalb des Kol­ lektorbereichs des Leistungstransistors die größte Wär­ memenge entsteht. Aufgrund der speziellen Anordnung können auf ein und demselben Halbleitersubstrat so­ wohl ein Hochleistungstransistor mit hoher Spannungs­ festigkeit und hoher Beständigkeit gegenüber thermi­ schem Durchbruch als auch ein Steuertransistor zur Verarbeitung schwacher Signale angeordnet werden.

Der erfindungsgemäße Halbleiterspannungsregler be­ sitzt dabei eine hohe Bestätigkeit gegenüber thermi­ schem Durchbruch.

Claims (3)

1. Monolithische Halbleiteranordnung zur Span­ nungsregelung von Lichtmaschinen bei Kraftfahr­ zeugen, bei welcher innerhalb eines auf einem Kühlkörper befestigten Halbleitersubstrates einen gemeinsamen Kollektor aufweisende Leistungs­ schaltelemente in Form eines Leistungstransistors und eines vorgeschalteten Treibertransistors mit jeweils einer pnp- oder npn-Struktur sowie zusätz­ lich eine Anzahl von Steuerschaltelementen in Form eines Steuertransistors, einer Zenerdiode und elektrischer Widerstände eindiffundiert sind, wobei innerhalb der die gemeinsame Kollektorschicht der Leistungsschaltelemente bildenden Halbleiter­ schicht des Halbleitersubstrats eine wannenförmi­ ge Isolierschicht vorgesehen ist, innerhalb welcher der Steuertransistor angeordnet ist, dadurch ge­ kennzeichnet, daß innerhalb der wannenförmigen Isolierschicht (384) neben dem Steuertransistor 20 (310) zusätzlich weitere Steuerschaltelemente (z. B. 306, 308, 312, 314, 318, 320) gemeinsam angeordnet sind, und daß zwischen den Leistungsschaltelemen­ ten (302, 304) und der die Steuerschaltelemente (z. B. 306, 308, 310, 312, 314, 318, 320) aufnehmen­ den wannenförmigen Isolierschicht (384) zusätzlich eine Entstörungsdiode (300) vorgesehen ist, deren wannenförmiger Anodenbereich (300 a, b) bis hin­ unter in die untere Halbleiterschicht (380) des Halbleitersubstrats (378) ragt.

2. Halbleiterspannungsregler nach Anspruch 1, da­ durch gekennzeichnet, daß das monolithisch inte­ grierte Halbleiterelement (360) unter Zwischen­ schaltung eines Keramiksubstrats (330) auf dem Kühlkörper (370) befestigt ist, wobei dieses Kera­ miksubstrat (330) zusätzlich weitere Steuerschalt­ elemente in Form eines Kondensators (316) und/ oder elektrische Widerstände (z. B. 320) trägt. (Fig. 3)

3. Halbleiterspannungsregler nach Anspruch 1, da­ durch gekennzeichnet, daß das monolithisch inte­ grierte Halbleiterelement (360) unmittelbar auf dem Kühlkörper (370) festgelötet ist, welcher zu­ sätzlich ein Keramiksubstrat (330) trägt, auf wel­ chem weitere Schaltelemente in Form eines Kon­ densators (316) und/oder elektrische Widerstände (z. B. 320) befestigt sind. (Fig. 4).