DE3345449A1 - SOLID AC VOLTAGE RELAY - Google Patents
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GEGENSTAND Festkörper-Wechselspannungsrela isOBJECT Solid state AC voltage relay is
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21. Dezember 1982
US S/N 451.792
USADecember 21, 1982
US S / N 451,792
United States
25. November 1983
USANovember 25, 1983
United States
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Die Erfindung bezieht sich auf ein Festkörper-Wechselspannungsrelais sowie auf einen neuartigen Thyristor, der in einem derartigen Festkörper-Wechselspannungsrelais verwendbar ist.The invention relates to a solid state AC voltage relay and a new type of thyristor used in such a solid-state AC voltage relay is usable.
Festkörper-Wechselspannungsrelais sind gut bekannt. Relais mit optischer Isolation zwischen ihrem Eingang und Ausgang sind ebenfalls gut bekannt. Bei bekannten Bauteilen dieser Art sind üblicherweise viele diskrete Bauteile erforderlich, um den Wechselspannungskreis zu vervollständigen. So können dreißig oder mehr diskrete Thyristoren, Transistoren, Widerstände und Kondensatoren erforderlich sein, um ein einziges Bauteil herzustellen. Es wurde versucht, die verschiedenen Teile des gesamten Festkörper-Wechselspannungsrelais zu integrieren, doch hat dies aufgrund der Mischung von Hochspannungs- und Hochleistungsbauteilen lediglich begrenzten Erfolg gehabt. Solid state AC voltage relays are well known. Relays with optical isolation between their input and Output are also well known. Known components of this type typically have many discrete components required to complete the AC circuit. So, thirty or more discrete thyristors, transistors, resistors, and capacitors may be required to produce a single component. Tried the different parts of the whole Integrate solid-state AC voltage relays, but this has due to the mixture of high voltage and High performance components have had limited success.
Bisher verwendete Festkörper-Wechselspannungsrelais verwendeten weiterhin Null-Durchgangsschaltungen, um sicherzustellen, daß der Thyristor lediglich dann einschaltet,Solid-state AC voltage relays previously used continue zero-cross circuits to ensure that the thyristor only turns on
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wenn sich die Wechselspannung innerhalb eines gewissen engen "Fensters" befindet. Diese Schaltungen waren ebenfalls relativ kompliziert und nur unter Schwierigkeiten in das Haupt-Leistungshalbleiterplättchen zu integrieren. So benötigten Nulldurchgangs-Zündschaltungen die Verwendung eines diskreten Widerstandes, der längs der Leistungsanschlüsse angeschaltet ist. Diese Widerstände konnten nicht ohne weiteres in ein einziges Halbleiterplättchen einintegriert werden, weil es schwierig war, diesen Widerstand auf der Oberfläche des Halbleiterplättchens auszubilden.when the AC voltage is within a certain narrow "window". These circuits were also relatively complicated and difficult to integrate into the main power semiconductor chip. Thus, zero-crossing ignition circuits required the use of a discrete resistor across the Power connections is switched on. These resistances could not be easily integrated into a single semiconductor die because it was difficult to to form this resistor on the surface of the semiconductor die.
Es war weiterhin schwierig, einen sogenannten "stoßfreien" Betrieb des Relais unter irgendwelchen induktiven oder Widerstandslasten zu erzielen. Obwohl Festkörper-Wechselspannungsrelais bei Widerstandsbelastungen oder leicht induktiven Belastungen gut arbeiten können, können sie dazu neigen, in einen Halbwellen- oder Prellbetrieb überzugehen, also in einen Zustand, bei dem das Relais lediglich für eine Hälfte einer Periode einschaltet, wenn stark induktive Lasten vorlagen. Dies ergab sich bisher daraus, daß die Relais allgem-in mit Aufbereitungsschaltungen zur Unterdrückung eines schnellen Einschaltens der Schaltung unter bestimmten Einschwingzuständen mit einem hohen Wert von dV/dt versehen waren. Wenn das Bauteil unter einer sehr stark induktiven Last betrieben wird, werden Spannungssprünge allgemein wiederholt v/ährend des Einschaltens des Bauteils erzeugt. Wenn die Signalaufbereitungsschaltung dies als Einschwingsignal fehlinterpretiert, so schaltet sie den Leistungsausgang während einer bestimmten Halbphase des Betriebs ab. Die Schaltung scheint dann während der nächsten Halbschwingung wiederIt was still difficult to obtain so-called "bumpless" operation of the relay under any inductive conditions or to achieve drag loads. Although solid-state AC voltage relays with resistive loads or If slightly inductive loads can work well, they can tend to operate in half-wave or bounce mode transition, i.e. into a state in which the relay only switches on for one half of a period, if there were strong inductive loads. So far this has resulted from the fact that the relays generally have processing circuits to suppress rapid switching on of the circuit under certain transient states with a high value of dV / dt were provided. If the component is operated under a very strong inductive load, will Voltage jumps generally repeated during the Switching on the component generated. If the signal conditioning circuit misinterprets this as a settling signal, so it switches off the power output during a certain half-phase of operation. The circuit then appears again during the next half oscillation
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normal zu sein und das Relais schaltet wieder ein. Dieser Zustand wiederholt sich, so daß das Relais lediglich während der einen oder der anderen der Halbperioden einer vollen Schwingung einschaltet. Um diesen Zustand zu vermeiden, wurden Relais bisher mit einer verringerten Zündempfindlichkeit ausgebildet, und dies bedingte eine Verringerung der Empfindlichkeit gegenüber einem optischen Zünden.to be normal and the relay will turn on again. This state repeats itself, so that the relay only during one or the other of the half-periods of a full oscillation turns on. To avoid this condition, relays have heretofore been designed with a reduced ignition sensitivity, and this has resulted in a reduction the sensitivity to optical ignition.
Weil bekannte Relais relativ kompliziert waren, benötigten sie ein erhebliches Volumen für ihr Gehäuse. Weiterhin waren Festkörper-Wechselspannungsrelais bisher auf einen maximalen Temperaturanstieg von ungefähr 110 0C beschränkt, wodurch ihre Strombelastungseigenschaften beschränkt waren. Schließlich waren Festkörper-Wechselspannungsrelais aufgrund der Notwendigkeit einer großen Anzahl von diskreten Bauteilen und großen Gehäusen bisher relativ aufwendig.Because known relays were relatively complicated, they required a considerable volume for their housing. Furthermore, solid-state AC voltage relays have hitherto been limited to a maximum temperature rise of approximately 110 ° C., as a result of which their current loading properties have been limited. Finally, due to the need for a large number of discrete components and large housings, solid-state AC voltage relays have been relatively expensive.
Optisch gezündete laterale Thyristorbauteile, die allein oder in derartigen Relais verwendet werden können, sind ebenfalls bekannt. Derartige Bauteile sind Jedoch aufwendig und weisen einen relativ großen Durchiaßspannungsabfall auf, und sie sind gegenüber einer Eingangsstrahlung relativ unempfindlich. Ein Thyristorbauteil dieser Art ist beispielsweise in der US-PS 4- 355 520 beschrieben.Optically triggered lateral thyristor components that can be used alone or in such relays are also known. However, such components are expensive and have a relatively large discharge voltage drop and they are relatively insensitive to input radiation. A thyristor component of this type is described, for example, in US Pat. No. 4,355,520.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Festkörper-Wechselspannungsrelais der eingangs genannten Art bzw. einen Thyristor zur Verwendung in einem derartigen Festkörperr-Wechs'elSpannungsrelais zu schaffen, das bzw. der bei einfachem Aufbau verbesserte BetriebseigenschaftenThe invention is based on the object of a solid-state AC voltage relay of the type mentioned at the beginning or a thyristor for use in such a solid-state alternating voltage relay to create that or the improved operating characteristics with a simple structure
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aufweist.having.
Diese Aufgabe wird durch die in Patentanspruch 1 bzw. 14 angegebene Erfindung gelöst.This object is achieved by the invention specified in claims 1 and 14, respectively.
Vorteilhafte Ausgestaltungen und Weiterbildungen der Erfindung ergeben sich aus den Jeweiligen Unteransprüchen.Advantageous refinements and developments of the invention result from the respective subclaims.
Das erfindungsgetnäße Festkörper-Wechselspannungsrelais verwendet zwei identische neuartige Thyristor-Leistungshalbleiterplättchen, die beide eine laterale Konstruktion aufweisen, wobei sich die Kathoden- und Anoden-Elektroden an einer Oberfläche jedes Bauteils befinden und wobei Jedes Halbleiterplättchen optisch zündbar ist und eine optisch empfindliche obere Oberfläche aufweist, die bei einer Beleuchtung einen leitenden Zustand des Bauteils zwischen den Anoden- und Kathoden-Elektroden ermöglicht.The solid state AC voltage relay according to the invention uses two identical novel thyristor power semiconductor chips, both of which have a lateral construction with the cathode and anode electrodes are located on a surface of each component and wherein each semiconductor die is optically ignitable and one has optically sensitive upper surface which, when illuminated, puts the component in a conductive state between the anode and cathode electrodes.
Der Gate-Kreis Jedes der Thyristoren ist mit einer neuartigen Steuerschaltung verbunden, die entweder aus diskreten Bauteilen oder aus Bauteilen aufgebaut ist, die in dem Hauptteil des Halbleitermaterials ausgebildet sind, das den Thyristor bildet. Die Steuerschaltung kann ein Einschalten selbst bei einer Beleuchtung der Oberfläche verhindern, wenn die Spannung längs des Bauteils einen Wert überschreitet, der größer als irgendein vorgegebener Fensterwert ist, oder wenn einen hohen Wert von dV/dt aufweisende SpannungsSprünge oder Impulse längs des Bauteils auftreten. Diese Steuerschaltung schließt einen Klemmtransistor ein,der eingeschaltet werden kann, um das Gate des zugehörigen Thyristors zu klemmen, wobei ein kapazitiver Spannungsteiler längs der Hauptleistungs-The Gate Circuit Each of the thyristors has a novel Control circuit connected, which is constructed either from discrete components or from components that are formed in the main part of the semiconductor material that forms the thyristor. The control circuit can prevent switching on even when the surface is illuminated if the voltage is applied across the component exceeds a value greater than any predetermined window value, or if a high value of dV / dt having voltage jumps or pulses along the Component occur. This control circuit includes a clamp transistor that can be turned on to to clamp the gate of the associated thyristor, using a capacitive voltage divider along the main power
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elektroden angeschaltet ist. Der kapazitive Spannungsteiler liefert ein Steuersignal an den Steuertransistor.electrodes is switched on. The capacitive voltage divider supplies a control signal to the control transistor.
Einer der Kondensatoren des kapazitiven Spannungsteilers schließt die verteilte Kapazität des Steuertransistors ein. Solange der Steuertransistor eingeschaltet ist, kann der zugehörige Leistungsthyristor nicht einschalten, selbst wenn seine Oberfläche beleuchtet ist. Der kapazitive Spannungsteiler ist so ausgebildet, daß der Steuertransistor normalerweise für alle Absolutspannungen längs des Hauptbauteils eingeschaltet ist, die größer als irgendein relativ kleiner Fensterwert sind. Damit kann der Leistungsthyristor außerhalb dieses kleinen Fensterwertes oder des Nulldurchgangswertes nicht einschalten.One of the capacitors of the capacitive voltage divider closes the distributed capacitance of the control transistor a. As long as the control transistor is switched on, the associated power thyristor cannot switch on, even when its surface is illuminated. The capacitive voltage divider is designed so that the control transistor is normally switched on for all absolute voltages along the main component that are greater than are some relatively small window value. This allows the power thyristor outside this small window value or the zero crossing value do not switch on.
Der neuartige kapazitive Spannungsteiler arbeitet zusammen mit dem Steuertransistor derart, daß sowohl schnelle Spannungssprünge oder Impulse unterdrückt werden als auch ein Betrieb des Bauteils im normalen Lastzustand ermöglicht wird. Damit werden Spannungssprünge oder Störimpulse, die wiederholt während des Einschaltens des Bauteils bei Bedingungen mit stark induktiven Lasten erzeugt werden, nicht als schnelle Spannungssprünge fehlinterpretiert und das Leistungsthyristor-Halbleiterplättchen kann in normaler Weise selbst bei stark induktiven Lasten einschalten. The new capacitive voltage divider works together with the control transistor in such a way that both fast Voltage jumps or pulses are suppressed as well an operation of the component is made possible in the normal load condition. This eliminates voltage jumps or glitches, which is generated repeatedly when the component is switched on under conditions with highly inductive loads are not misinterpreted as rapid voltage jumps and the power thyristor die can turn on normally even with highly inductive loads.
Die neuartige Signalaufbereitung des erfindungsgemäßen Festkörper-Wechselspannungsrelais ermöglicht weiterhin eine beträchtliche Vergrößerung der optischen Empfindlichkeit des Bauteils ohne die Gefahr von jne hl zündunger. Es sei darauf hingewiesen, daß derzeit verfügbare optischThe novel signal processing of the solid-state AC voltage relay according to the invention also allows a considerable increase of the optical sensitivity of the component without the risk of j e n hl zündunger. It should be noted that currently available optically
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'-χ'-χ
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isolierte Triac-Treiber und dergleichen immer entweder hinsichtlich ihrer dV/dt-Eigenschaften oder hinsichtlich ihrer optischen Empfindlichkeit beschränkt sind, weil sie nicht in der Lage sind, einen niedrigen Spannungspegel aufweisende Signale von SpannungsSprüngen und Einschwingvorgängen zu unterscheiden.isolated triac drivers and the like always either in terms of their dV / dt properties or in terms of their optical sensitivity are limited because they are unable to use a low voltage level showing signals of voltage jumps and transient processes to distinguish.
Die zwei Halbleiterplättchen aufweisende Anordnung ist in einem neuartigen Gehäuse angeordnet, in dem die beiden Halbleiterplättchen leicht und in wenig aufwendiger Weise miteinander parallelgeschaltet und gegen die äußere Umgebung geschützt sind. Ein Aluminiumoxid-Substrat oder irgendein anderes geeignetes wärmeleitendes, jedoch elektrisch isolierendes Substrat ist mit geeigneten leitenden Mustern oder Leiterbahnen versehen, die die verschiedenen Halbleiterplättchen des Schalters aufnehmen und die Elektroden des Halbleiterplättchens mit geeigneten Ausgangsleitungen verbinden. Die beiden identischen Thyristor-Halbleiterplättchen, die miteinander in Anti-Parallelschaltung verbunden sind, sind symmetrisch auf jeweiligen leitenden Kissen auf dem Substrat befestigt und miteinander und mit den Anschlußenden von zwei Leiterbahnen auf dem Substrat ausgerichtet. Zwei durchgehende Drähte sind durch eine Heftverbindung mit den Thyristor-Kissen und den leitenden Leiterbahnen derart verbunden, daß ein Leitungsdraht elektrisch mit dem Anoden-Kissen eines Halbleiterplättchens, dem Kathoden-Kissen des zweiten Halbleiterplättchens und einer der Leiterbahnen verbunden ist, die mit einer Wechselspannungs-Eingangsleitung verbunden ist. Der andere Draht ist in ähnlicher Weise mit den anderen Elektroden und der anderen Leiterbahn verbunden, um die Thyristoren anti-parallel zu schalten.The arrangement comprising two semiconductor chips is arranged in a novel housing in which the two Semiconductor wafers are easily and inexpensively connected in parallel with one another and against the external environment are protected. An alumina substrate or any other suitable thermally conductive but electrical one insulating substrate is provided with suitable conductive patterns or traces, which the various Pick up semiconductor wafers of the switch and the electrodes of the semiconductor wafers with suitable output leads associate. The two identical thyristor wafers that are anti-parallel connected to each other are symmetrically attached to respective conductive pads on the substrate and connected to each other and aligned with the terminal ends of two conductive traces on the substrate. There are two continuous wires connected by a tack connection to the thyristor pads and the conductive traces in such a way that a lead wire electrically to the anode pad of one semiconductor die, the cathode pad of the second semiconductor die and one of the conductor tracks is connected, which is connected to an AC voltage input line is. The other wire is similarly connected to the other electrodes and the other conductive path, to switch the thyristors anti-parallel.
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Ein kleines Leuchtdioden-Halbleiterplättchen wird ebenfalls mit dem Aluminiumoxid-Substrat verbunden, und zwar zur gleichen Zeit, zu der auch die Leistungs-Halbleiterplättchen mit diesem verbunden werden. Die Leuchtdiode ist in geeigneter Weise mit zwei Eingangsleitungen verbunden, die von den Wechselspannungs-Ausgangsleitungen gut isoliert sind.A small light emitting diode semiconductor die is also bonded to the aluminum oxide substrate at the same time as the power dies are connected to it. The light emitting diode is suitably connected to two input lines, those from the AC output lines are well insulated.
Eine durch ein weißes Strahlung reflektierendes Material bedeckte Kunststoffkappe wird dann über dem Substrat befestigt und bedeckt den Bereich des Substrats, das die Leuchtdiode und die beiden Leistungs-Halbleiterplättchen enthält. Die Kappe kann aus einem transparenten Siliconmaterial bestehen, das die Oberflächen der Halbleiterplättchen und ihre Verbindungsleitungen umschließt und einkapselt, wobei dieses Material eine mit weißem Silicon bestrichene äußere Oberfläche aufweist.A plastic cap covered by a white reflective material is then attached over the substrate and covers the area of the substrate, the light emitting diode and the two power semiconductor chips contains. The cap can be made of a transparent silicone material that covers the surfaces of the semiconductor die and enclosing and encapsulating their interconnects, that material being one with white silicone has painted outer surface.
Wenn die Steuerschaltung des Leistungstransistors in diskreter Form ausgebildet ist, so können die diskreten Bauteile ebenfalls in geeigneter Weise mit diesem Substrat verbunden werden. Diese Bauteile sind jedoch vorzugsweise in die einzelnen Leistungs-Halbleiterplättchen einintegriert, so daß das gesamte Festkörper-V/echselspannungsrelais aus zwei Leistungs-Halbleiterplättchen und ihren Steuerungen, dem Leuchtdioden-Halbleiterplättchen und den verschiedenen Halterungsstrukturen besteht, wie sie weiter oben beschrieben wurden.If the control circuit of the power transistor is designed in a discrete form, the discrete Components are also connected to this substrate in a suitable manner. However, these components are preferred integrated into the individual power semiconductor chips, so that the entire solid-state V / echselvoltage relay from two power semiconductor wafers and their controls, the light-emitting diode semiconductor wafers and the various support structures, such as they were described above.
Jeder Thyristor des Relais weist einen neuartigen Aufbau auf und ist in einem einzigen Halbleiterplättchen ausgebildet, das einen niedrigen Durchlaßspannungsabfall undEach thyristor of the relay has a novel structure and is formed in a single semiconductor die, that has a low forward voltage drop and
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einen relativ hohen Betriebsstrom aufweist und das gegenüber einer Eingangsstrahlung äußerst empfindlich ist, so daß eine unkritische Leuchtdioden-Triggersignalquelle vorgesehen werden kann, die den Thyristor in den leitfähigen Zustand bringt. Die Relais-Steuerschaltungsbauteile unter Einschluß von parallelgeschalteten Steuer-MOSFET's, einem Widerstand, einer Zener-Diode und einem Kondensator können ebenfalls in dem einzigen Halbleiterplättchen ausgebildet werden. Die Relais-Steuerschaltungsbauteile ermöglichen ein Einschalten des Thyristors lediglich dann, wenn die Anoden-Kathoden-Spannung kleiner als ein vorgegebener Wert ist. Weiterhin wird ein fehlerhaftes Einschalten aufgrund von SpannungsSprüngen unter allen Schaltungsbedingungen verhindert, wenn die Leuchtdiode abgeschaltet ist.has a relatively high operating current and is extremely sensitive to input radiation, see above that a non-critical light-emitting diode trigger signal source can be provided that the thyristor in the conductive State brings. The relay control circuit components including control MOSFETs connected in parallel, a resistor, a zener diode and a capacitor can also be formed in the single die will. The relay control circuit components allow the thyristor to be turned on only when when the anode-cathode voltage is less than a predetermined value. Furthermore, a faulty switch-on due to voltage jumps under all circuit conditions prevented when the light-emitting diode is switched off.
Erfindungsgemäß wird eine Vielzahl von einzelnen lateralen Transistoren, die jeweils optisch zündbar sind, in einem einzigen Halbleiterplättchen parallelgeschaltet. Jeder laterale Thyristor weist eine jeweilige Basis auf, in der Emitterelemente ausgebildet sind. Ein neuartiger Anodenbereich, der aus einer Vielzahl von mit Abstand angeordneten Anodenbereichsfingern besteht, die das Ende und zwei Seiten jeder oasis umhüllen, macht eine Parallelverbindung der Elemente leicht möglich.According to the invention, a large number of individual lateral transistors, each of which can be optically ignited, are shown in FIG connected in parallel to a single semiconductor die. Each lateral thyristor has a respective base, are formed in the emitter elements. A novel anode area made up of a multitude of spaced apart Anode area fingers encasing the end and two sides of each oasis make a parallel connection of the elements easily possible.
Die Thyristor-Basiszone enthält mit Abstand angeordnete parallele Emitterbereiche und die Basiszone ist von einem Hilfsbereich vom P-Leitfähi^xceitstyp umgeben. Ein Hilfsbereich für einen lateralen optisch gezündeten Thyristor ist in der US-PS 4 355 320 gezeigt. Die neuartigen Hilfsbereiche sind erfindungsgemäß jedoch schleifenförmig umThe thyristor base region includes spaced parallel emitter regions and the base region is one of one Auxiliary area surrounded by P-type conductivity. An auxiliary area for a lateral optically fired thyristor is shown in US Pat. No. 4,355,320. The new auxiliary areas according to the invention, however, are loop-shaped
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die einzelnen Basisbereiche herumgelegt und umschließen diese vollständig, und sie sind über eine widerstandsbehaftete Verbindung mit einer leitenden Polysilizium-Feldplatte verbunden, die fest mit der metallischen Kathoden-Elektrode verbunden ist.Laying around and enclosing the individual base areas these complete, and they are via a resistive connection to a conductive polysilicon field plate connected, which is firmly connected to the metallic cathode electrode.
Die neuartige widerstandsbehaftete Verbindung kann dadurch erzielt werden, daß mit Abstand angeordnete Verbindungen von der Feldplatte zu dem Hilfsbereich hergestellt werden. Durch die Verwendung einer widerstandsbehafteten Verbindung in dieser Weise erreichen mehr Träger, die von dem Anodenbereich injiziert werden und die sich seitlich in Richtung auf den Emitter bewegen, diesen Emitter. Hierdurch wird der Durchlaßspannungsabfall des Bauteils um einen beträchtlichen Wert verbessert (beispielsweise von 1,45 V auf 1,15 V), wodurch die Verlustleistung im Betrieb des Bauteils beträchtlich verringert wird.The novel resistive connection can be achieved by spaced apart connections from the field plate to the auxiliary area. By using a resistive Connection in this way can reach more carriers, which are injected from the anode area and which move laterally move towards the emitter, this emitter. This reduces the forward voltage drop of the component improved by a considerable amount (for example from 1.45 V to 1.15 V), reducing the power dissipation in the Operation of the component is significantly reduced.
Entsprechend einem weiteren Merkmal der Erfindung kann der Anodenbereich, verglichen mit der Emitterdotierung, relativ stark dotiert sein, um den DurchiaßSpannungsabfall weiter zu verringern. Die Emitter-Dotierungskonzentration an der Oberfläche des Emitterbereichs wird ebenfalls bis zu einem Punkt gesteuert, der hinsichtlich einer Verbesserung des Injektionswirkungsgrads als optimal festgestellt wurde. Insbesondere wurde eine gute Betriebsweise erzielt, wenn eine Oberflächenkonzentration PO POAccording to a further feature of the invention, the anode area, compared with the emitter doping, be relatively heavily doped to reduce the voltage drop further decrease. The emitter doping concentration on the surface of the emitter region becomes also controlled to a point that is considered optimal in terms of improving the injection efficiency was established. In particular, good operation was achieved when there was a surface concentration PO PO
von 1 χ 10^w bis 6 χ 10^υ Phos; Emitteroberfläche verwendet wurde.from 1 χ 10 ^ w to 6 χ 10 ^ υ Phos; Emitter surface was used.
20 PO 20 PO
von 1 χ 10 bis 6 χ 10" Phosphorionen/ccm an derfrom 1 χ 10 to 6 χ 10 "phosphorus ions / cc at the
Bei der Herstellung der Oberflächenkontakte für das Bauteil werden dünne Leitungen aus relativ dickem AluminiumWhen making the surface contacts for the component are thin cables made of relatively thick aluminum
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verwendet, tun eine maximale Menge an Silizium freizulegen. used, do expose a maximum amount of silicon.
Die Erfindung wird im folgenden anhand von in der Zeichnung dargestellten Ausführungsformen noch näher erläutert. The invention is explained in more detail below with reference to embodiments shown in the drawing.
In 1er Zeichnung zeigen:Show in 1 drawing:
Fig. 1 eine Querschnittsansicht des Grenzschichtmusters einer Ausführungsform eines einzelnen lateralen Thyristors,Figure 1 is a cross-sectional view of the interface pattern an embodiment of a single lateral Thyristor,
Fig. 2 eine Draufsicht auf das Metallisierungsmuster auf der Oberfläche eines einzigen Halbleiterplättchens, das die Ausführungsform des lateralen Thyristors verwendet,2 is a plan view of the metallization pattern on the surface of a single semiconductor die; which uses the embodiment of the lateral thyristor,
Fig. 3 eine Draufsicht auf die Silizium-Oberfläche des Halbleiterplattchens nach Fig. 2, aus der die Grenzschichtrauster erkennbar sind, die an der Oberfläche des Bauteils hervortreten,Fig. 3 is a plan view of the silicon surface of the semiconductor plate according to FIG. 2, from which the Boundary layer raster can be recognized by the Surface of the component protruding,
Fig. 4- eine vergrößerte Ansicht eines der parallelen Elemente oder der Schleifen nach Fig. 3>Fig. 4- is an enlarged view of one of the parallel Elements or the loops of Fig. 3>
Fig. 5 eine Querschnittsansicht gemäß Fig. 3 entlang der Schnittlinie 5-5 nach Fig. 3?5 along a cross-sectional view according to FIG. 3 the section line 5-5 of Fig. 3?
Fig. 6 eine Querschnitts ansicht der Fig. 4· entlang der Schnittlinie 6-6 nach Fig. 4,FIG. 6 is a cross-sectional view of FIG. 4 along the Section line 6-6 according to Fig. 4,
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Fig. 7 eine Querschnittsansicht der Fig. 3 entlang der Schnittlinie 7-7 nach Fig. 3,FIG. 7 is a cross-sectional view of FIG. 3 along the line Section line 7-7 according to Fig. 3,
Fig. 8 eine Querschnittsansicht des Polysilizium-Widerstandes, der in Fig. 3 gezeigt ist,8 is a cross-sectional view of the polysilicon resistor; which is shown in Fig. 3,
Fig. 9 ein Schaltbild einer Ausführungsform des Thyristors und seiner Steuerschaltung, wie es durch das Grenzschichtmuster und die Verbindungen des Bauteils nach den Fig. 2 bis 8 gebildet wird,Fig. 9 is a circuit diagram of an embodiment of the thyristor and its control circuit as shown by the boundary layer pattern and the connections of the component according to FIGS. 2 to 8 are formed,
Fig. 10 ein Schaltbild einer Ausführungsform des neuartigen Wechselspannungsrelais,Fig. 10 is a circuit diagram of an embodiment of the novel AC voltage relay,
Fig. 11 eine Ausführungsform der Befestigung der beiden Leistungsthyristorplattchen nach Fig. 10 und einer Leuchtdiode auf einem Keramiksubstrat,11 shows an embodiment of the attachment of the two Power thyristor plates according to FIG. 10 and a light-emitting diode on a ceramic substrate,
Fig. 12 eine Seitenansicht nach Fig. 11,FIG. 12 is a side view according to FIG. 11,
Fig. 13 eine Ansicht der Baugruppe nach Fig. 11 mit einer Abdeckungskappe, die die Leuchtdiode und die Leistungsthyristorplattchen umschließt,FIG. 13 is a view of the assembly according to FIG. 11 with a cover cap that encompasses the light-emitting diode and encloses the power thyristor plates,
Fig. 14 eine Draufsicht auf Fig. 13.FIG. 14 is a plan view of FIG. 13.
In Fig. 1 ist im Querschnitt das Grenzschichtmuster und die Metallisierung einer Ausführungsform des Halbleiterplättchens für den lateralen Thyristor gezeigt. Das KaIbleiterplättchen mit dem lateralen Thyristor na h Fig. 1 kann irgendeine gewünschte Größe und Form aufweisen und1 is a cross-sectional view of the interface pattern and metallization of one embodiment of the semiconductor die shown for the lateral thyristor. The conductor plate with the lateral thyristor according to Fig. 1 can be any size and shape desired, and
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ist ein Halbleiterplättchen aus monokristallinem Silizium.is a semiconductor wafer made of monocrystalline silicon.
Die verschiedenen in Fig. 1 gezeigten Grenzschichten sind in einer N(—)-Schicht 20 ausgebildet. Die Schicht 20 kann einen spezifischen Widerstand von ungefähr 20 Ohm-cm haben. Mit Abstand angeordnete P-Bereiche 21, 22 und 23 sind in der oberen Oberfläche des Halbleiterplattchens 20 mit Hilfe irgendeines gewünschten Verfahrens ausgebildet. Ein weiterer Bereich 23a vom P-Typ, der inaktiv ist, kann den Umfang des Bereichs 23 umschließen. Die Bereiche 21, 22, 23 und 23a können Bor-diffundierte Bereiche mit ausreichender Konzentration sein, so daß der Flächenwiderstand der P-Bereiche ungefähr 160C Ohm pro Quadrat an der Oberfläche des Halbleiterplattchens beträgt. Die Bereiche können außerdem beispielsweise durch eine Ionenimplantation und einen Eintreib-Diffusionsvorgang unter Verwendung einer Dosis von 5 x 10 Boratomen/cm gebildet werden, so daß sie relativ leicht dotiert sind. Der Bereich 21 ist vorzugsweise stärker dotiert als die anderen P-Bereiche. Die Bereiche 21, 22, 23 und 23a können die gleiche Tiefe von ungefähr 4 Mikron aufweisen. Der Bereich 23 vom P-Leitfähigkeitstyp enthält einen N(+)-Bereich 24, um die mit lateralem oder seitlichem Abstand angeordneten Grenzschichten des lateralen Thyristors zu vervollständigen.The various boundary layers shown in FIG. 1 are formed in an N (-) layer 20. Layer 20 can have a resistivity of approximately 20 ohm-cm. Spaced P regions 21, 22 and 23 are in the upper surface of the semiconductor die 20 formed by any desired method. Another P-type area 23a which is inactive, can enclose the circumference of the area 23. The regions 21, 22, 23 and 23a can have boron-diffused regions sufficient concentration so that the sheet resistance of the P-regions is approximately 160C ohms per square on the surface of the semiconductor wafer. The areas can also, for example, by ion implantation and formed a drive-in diffusion process using a dose of 5 x 10 6 boron atoms / cm so that they are relatively lightly doped. The region 21 is preferably more heavily doped than that other P areas. Areas 21, 22, 23 and 23a can be the same depth of about 4 microns. The P conductivity type region 23 includes a N (+) - area 24, around those with lateral or lateral spacing arranged boundary layers of the lateral thyristor to complete.
Die aufeinander gerichteten Kanten der Sereiche 21 und 25 sollten so nahe wie möglich beieinander liegen, aber dennoch in der Lage sein, eine ausgewählte Spannung zu sperren. Bei der vorliegenden Ausführungsform sperrt das Bauteil vorzugsweise ungefähr 400 bis 500 V und es wirdThe mutually facing edges of areas 21 and 25 should be as close together as possible, but still be able to maintain a selected tension lock. In the present embodiment, the locks Component preferably about 400 to 500 V and it will
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ein Abstand von 105 Mikron verwendet.a spacing of 105 microns is used.
Der Bereich 21 ist der Anodenbereich, der Bereich 23 ist der Gate- oder Basisbereich und der Bereich 24 ist der Emitter- oder Kathodenbereich, während der N(—)-Hauptteil 20 den Hauptsperrbereich des Thyristors nach.1 Fig. 1 bildet. Der Bereich 22 ist vom bekannten schwimmenden Schutzbereichs-Typ, der eine Vergrößerung der Sperrspannung zwischen den Grenzschichten 21 und 23 auf bis zu 400 bis 5OO V ermöglicht, ohne daß die Gefahr eines Durchbruchs an der Oberfläche des Halbleiterplattchens besteht.The region 21 is the anode region, the region 23 is the gate or base region and the region 24 is the emitter or cathode region, while the N (-) main part 20 is the main blocking region of the thyristor. 1 Fig. 1 forms. The region 22 is of the known floating protection region type, which enables the reverse voltage between the boundary layers 21 and 23 to be increased to up to 400 to 500 V without the risk of a breakdown on the surface of the semiconductor chip.
Die obere Fläche des Halbleiterplattchens ist durch eine dünne Siliziumdioxid-Schicht 30 bedeckt, die beispielsweise eine Stärke von ungefähr 1 Mikron aufweisen kann. Polysilizium-Feldplatten 31 und 32 sind oberhalb der Oxid-Schicht 30 in der dargestellten Weise ausgebildet, wobei übliche Polysilizium-Abscheidungs- und -Maskiertechniken verwendet werden. Die gesamte obere Fläche des Halbleiterplattchens unter Einschluß der Polysilizium-Feldplatten und des Oxids 30 ist durch eine übliche glasartige mit Phosphor dotierte Siliziumdioxid-Schicht 35 überzogen. Mit Abstand angeordnete Spalte 36 und 37 von bekannter Struktur können auf beiden Seiten des schwimmenden Schutzbereichs 22 angeordnet werden, um zu verhindern, daß laterale Polarisationseffekte innerhalb der Phosphor-dotierten Oxid-Schicht 35 die Feldverteilung an der Oberfläche des Bereichs 20 benachbart zu dem schwimmenden Schutzbereich 22 stören.The top surface of the semiconductor die is covered by a thin layer of silicon dioxide 30, which may, for example, have a thickness of approximately 1 micron. Polysilicon field plates 31 and 32 are formed above oxide layer 30 as shown using conventional polysilicon deposition and masking techniques. The entire upper surface of the semiconductor plate, including the polysilicon field plates and the oxide 30, is covered by a conventional vitreous silicon dioxide layer 35 doped with phosphorus. Spaced gaps 36 and 37 of known structure can be arranged on either side of the floating protection area 22 to prevent lateral polarization effects within the phosphorus-doped oxide layer 35 from reducing the field distribution on the surface of the area 20 adjacent to the floating protection area 22 disturb.
Geeignete Öffnungen sind in den Oxid-SchichtenSuitable openings are in the oxide layers
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oberhalb des Emitterbereichs 24- und des Anodenbereichs ausgebildet, um einen Kontakt an die verschiedenen Bereiche und Feldplatten zu ermöglichen. Entsprechend sind eine Aluminium-Kathoden-Elektrode 40 und eine Aluminium-Anoden-Elektrode 4-1 auf den Emitterbereich 24 bzw. den Anodenbereich 21 in der gezeigten Weise aufgebracht. Wei tere Öffnungen, die in der Oxid-Schicht 35 ausgebildet sind, ermöglichen eine Verbindung von der Kathode 40 zur Feldplatte 31 und von der Anode 4-1 zur Feldplatte 32. Sowohl die Kathoden-Elektrode 4Ό als auch die Anoden-Elektrode 4-1 sind relativ dünn und können beispielsweise eine Dicke von ungefähr 4- Mikron aufweisen.above the emitter area 24 and the anode area designed to allow contact to the various areas and field plates. Are accordingly an aluminum cathode electrode 40 and an aluminum anode electrode 4-1 on the emitter region 24 and the Anode region 21 applied in the manner shown. Wei direct openings formed in the oxide layer 35 enable a connection from the cathode 40 to the field plate 31 and from the anode 4 - 1 to the field plate 32. Both the cathode electrode 4Ό and the anode electrode 4-1 are relatively thin, for example, about 4 microns thick.
Der Bereich 23s. ist vorzugsweise unter Einschaltung von Widerstanden mit der Kathode 40 verbunden. Entsprechend kann der Bereich 23a mit der Kathode 40 beispielsweise nur an mit Abstand angeordneten Punkten entlang der jeweiligen Umfangsbereiche verbunden sein.The area 23s. is preferably with the involvement of Resistors connected to the cathode 40. Correspondingly, the region 23a with the cathode 40 can, for example be connected only at spaced points along the respective circumferential areas.
Der laterale Thyristor nach Fig. 1 wird durch die Injektion von Trägern von dem Emitterbereich 24- in den Gate-Bereich 23 eingeschaltet. Eine geeignete Injektion kann durch Beaufschlagen der oberen Oberfläche des Halbleiterbauteils mit einer Strahlung erreicht werden, die Träger (Fehlstellen) in dem Hauptteil 20 erzeugt. Diese Fehlstellen oder Löcher driften zum Bereich 23 und werden durch die Emitter-Grenzschicht zwischen den Bereichen 23 und 24 aufgefangen, um als Basisansteuerung zum Einschalten des Halbleiterbauteils zu dienen. Eine geeignete Strahlungsquelle kann die schematisch dargestellte Leuchtdiode 4-5 sein, die zur Beleuchtung der Oberfläche des Halbleiterbauteils angeordnet ist.The lateral thyristor according to FIG. 1 is produced by the injection of carriers from the emitter region 24 into the gate region 23 switched on. A suitable injection can be made by impinging on the top surface of the semiconductor device can be achieved with a radiation that generates carriers (defects) in the main part 20. These flaws or holes drift to region 23 and are through the emitter interface between regions 23 and 24 intercepted to serve as a basic control for switching on the semiconductor component. A suitable one Radiation source can be the schematically shown light emitting diode 4-5, which is used to illuminate the surface of the Semiconductor component is arranged.
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SOSO
Es wurde festgestellt, daß das die Struktur nacj Pig, I verwendende Bauteil von 400 bis 500 V sperren kann, ^a Durchlaßbetrieb betrug der Durchlaßspannungsabfall ungefähr 1,15 V bei einem Durchlaßstrom von ungefähr 1,5 A.It was found that the structure nacj Pig, I. using component can block from 400 to 500 V, ^ a Forward operation the forward voltage drop was approximately 1.15 V with a forward current of approximately 1.5 A.
Die Anordnung des lateralen Thyristors nach Fig. 1 kann in einer beliebigen Anzahl von gewünschten Geometrien praktisch ausgeführt werden. Eine besonders wirkungsvolle Geometrie ist die, die in den Fig. 2 bis 9 gezeigt ist, die im folgenden beschrieben werden und eine Anordnung zeigen, bei der eine Anzahl von Halbleiterbauteilen gemäß dem nach Fig. 1 parallelgeschaltet ist.The arrangement of the lateral thyristor of FIG. 1 can be in any number of desired geometries practically carried out. A particularly effective geometry is that shown in Figures 2 through 9, which are described below and show an arrangement in which a number of semiconductor components according to FIG which is connected in parallel according to FIG. 1.
In den Fig. 2 und 3 ist eine Draufsicht auf ein einzelnes Halbleiterplättchen gezeigt, das ein einzelnes Thyristorbauteil nit den Bestandteilen seiner Steuerschaltung zeigt. Das Halbleiterplättchen nach den Fig. 2 und 3 ist eines einer großen Anzahl von Halbleiterplättchen auf einer gemeinsamen Halbleiterplatte, die nach der Beendigung der gemeinsamen Verarbeitung voneinander getrennt werden. Das Halbleiterplättchen'ist in Fig. 2 nach der Metallisierung der Kathoden- und Anoden-Anschlußelektroden gezeigt. Die Grenzschichtmuster auf der Halbleiterplättchen-Oberfläche sind in Fig. 3 gezeigt. Wie dies ausführlich erläutert wird, ist eine Vielzahl von getrennten Thyristorelementen parallelgeschaltet, wobei neuartige Grenzschichtmuster für die Anoden-^Basis- und Eaitterbereiche verwendet werden (Fig. 3 und 4-), die sich entlang eines Pfades erstrecken, der im folgenden entweder als serpentinenförraiger oder ineinander verschränkter Pfad bezeichnet wird, so daß sich die größtmögliche Länge ergibt, was eine hohe Stromkapazität für das BauteilReferring now to Figures 2 and 3, there is shown a plan view of a single semiconductor die comprising a single thyristor component shows the components of its control circuit. The semiconductor die according to FIGS. 2 and 3 is one of a large number of semiconductor wafers on a common semiconductor plate, which after termination be separated from each other for joint processing. The semiconductor wafer 'is in Fig. 2 after Metallization of the cathode and anode connection electrodes shown. The interface patterns on the die surface are shown in FIG. As will be explained in detail, a plurality are separate Thyristor elements connected in parallel, with novel boundary layer patterns for the anode ^ base and Eaitter areas are used (Fig. 3 and 4-), which are extend along a path, which in the following is either serpentine or intertwined Path is designated, so that the greatest possible length results, resulting in a high current capacity for the component
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zuläßt.allows.
Bei der Ausführungsform nach den Fig. 2 und 3 kann das Halbleiterplättchen eine Breite von 2,083 mm (82 Mil), eine Länge von 2,87 mm (113 Mil) und einen Durchlaßstrom-Nennwert von 1,5 A bei einem Durchlaßspannungsabfall von 1,15 V aufweisen. Die bisymmetrische Sperrspannung des Bauteils kann ungefähr 500 V Spitze betragen. Entsprechend kann die Ausführungsform des Thyristor-Halbleiterplättchens in Verbindung mit einem identischen anti-parallelgeschalteten Thyristor-Halbleiterplättchen in einem Pestkörper-Relais verwendet werden, um einen Wechselspannungskreis zu steuern, der eine Effektivspannung von bis zu 280 V aufweist.In the embodiment according to FIGS. 2 and 3, this can Die 2.083 mm (82 mils) wide, 2.87 mm (113 mils) long, and a forward current rating of 1.5 A with a forward voltage drop of 1.15 V. The bisymmetrical reverse voltage of the Component can be around 500 V peak. Corresponding may be the embodiment of the thyristor semiconductor die in combination with an identical anti-parallel connected thyristor semiconductor chip in one Pestkörper relays are used to make an alternating voltage circuit which has an effective voltage of up to 280 V.
Das grundlegende Metallisierungsmuster nach Fig. 2 verwendet die in der dargestellten Weise geformte Kathode 50 und Anode 51 · Eine in Fig. 2 nicht dargestellte Steuerschaltung ist in dem Hauptteil des Halbleiterplättchens enthalten. Diese Steuerschaltung ist in Fig. 9 gezeigt. Metallisierte Abschnitte 60 und 61 nach Fig. 3 bilden die Elektroden von zwei jeweiligen Kondensatoren gemäß Fig. 9- Der Kondensator 60 wird weiter unten anhand der Fig. 7 beschrieben werden.The basic metallization pattern of Figure 2 utilizes the cathode 50 shaped as shown and anode 51 · A control circuit not shown in FIG is contained in the main part of the semiconductor die. This control circuit is shown in FIG. Metallized sections 60 and 61 according to FIG. 3 form the electrodes of two respective capacitors according to FIG. 9- The capacitor 60 will be described below with reference to FIG.
Die die Elektroden 60 und 61 einschließenden Kondensatoren sind gemäß Fig. 9 parallelgeschaltet und zwischen den Anoden der Thyristoren 64a, 64b, 64c und 64d und den Gates der Steuer-MOSFETs 76, 77, 78 bzw. 79 eingeschaltet. Die Thyristoren 64a, 64b, 64c und 64d sind parallelgeschaltet und weisen gemeinsame Kathoden und Anoden auf, die als Kathode 50 und Anode 51 in den Fig. 2 und 6The capacitors including the electrodes 60 and 61 are connected in parallel as shown in FIG. 9 and connected between the anodes of the thyristors 64a, 64b, 64c and 64d and the gates of the control MOSFETs 76, 77 , 78 and 79, respectively. The thyristors 64a, 64b, 64c and 64d are connected in parallel and have common cathodes and anodes, the cathode 50 and anode 51 in FIGS. 2 and 6
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gezeigt sind.are shown.
Mit dem Halbleiterplättchen nach Fig. 3 ist weiterhin integral und einstückig ein 100-K-Widerstand 70 ausgebildet, der aus Polysilizium gebildet ist und elektrisch zwischen den Kathoden und Gates jedes der Thyristoren 64a, 64b, 64c und 64d eingeschaltet ist. Die genaue Struktur des Widerstandes 70 wird weiter unten anhand der Fig. 8 erläutert.A 100 K resistor 70 is also formed integrally and in one piece with the semiconductor chip according to FIG. 3, formed of polysilicon and electrically between the cathodes and gates of each of the thyristors 64a, 64b, 64c and 64d is turned on. The exact structure of the resistor 70 is explained below with reference to FIG Fig. 8 explains.
Weiterhin ist mit dem Halbleiterplättchen nach Fig. 3 zusätzlich einstückig und integral eine Zener-Diode 71 ausgebildet, die gemäß Fig. 9 in Serie mit den Kondensatoren 60 und 61 zwischen den Anoden- und Kathodenanschlüssen und 50 der dargestellten Thyristoren eingeschaltet ist. Weiterhin ist in Fig. 9 eine natürlich vorgegebene verteilte Kapazität 75 gezeigt, die parallel zur Zener-Diode 71 liegt.Furthermore, a Zener diode 71 is additionally formed in one piece and integrally with the semiconductor wafer according to FIG. 3, 9 in series with the capacitors 60 and 61 between the anode and cathode connections and 50 of the illustrated thyristors are turned on. Furthermore, a naturally predetermined distributed capacitance 75 is shown in FIG. 9, which is parallel to the Zener diode 71 lies.
Die Zener-Diode 71 kann in dem inaktiven P-Bereich 82 ausgebildet sein und aus dem in Fig. 3 gezeigten N+-Bereich 71a bestehen. Ein Zener-Anschluß 71b kann direkt oberhalb des N+-Bereichs 71a ausgebildet sein, während der andere Anschluß durch einen Metallkontakt 71c gebildet sein kann, der mit der Kathoden-Elektrode verbunden ist.The Zener diode 71 can be in the inactive P region 82 be formed and consist of the N + region 71a shown in FIG. 3. A Zener port 71b can be directly be formed above the N + region 71a, while the other terminal can be formed by a metal contact 71c which is connected to the cathode electrode is.
Eine Anzahl von Steuer-MOSFETs 76, 77, 78 und 7h gemäß Fig. 9i die weiter unten anhand der Fig. 3 und 4 erläutert werden, sind ebenfalls auf dem Halbleiterplättchen ausgebildet und wirken ait den Thyristoren 64a, -j4b, 64c bzw. 64d zusammen. Jeder Steuer-MOSFET ist unmittelbarA number of control MOSFETs 76, 77, 78 and 7h according to FIG. 9i, which are explained further below with reference to FIGS. 3 and 4, are also formed on the semiconductor die and act as thyristors 64a, -j4b, 64c and 64d, respectively together. Each control MOSFET is immediate
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33Ά54Α933Ά54Α9
benachbart zu seinem jeweiligen Hauptthyristorelement angeordnet, so daß Betriebsverzögerungszeiten begrenzt sind und die Symmetrie der Schaltung sichergestellt ist.arranged adjacent to its respective main thyristor element, so that operating delay times are limited and the symmetry of the circuit is ensured.
Die Schaltung nach Fig. 9 wird in einer neuartigen Weise ausgeführt, wie dies anhand der Fig. 2 bis 8 noch näher erläutert wird. Es sei bemerkt, daß, obwohl die hier beschriebene Ausführungsform vier parallele Thyristorelemente 64a, 64b, 64c und 64d verwendet, irgendeine gewünschte Anzahl von Elementen verwendet werden könnte.The circuit according to FIG. 9 is carried out in a novel manner, as shown in greater detail with reference to FIGS is explained. It should be noted that although the embodiment described here has four parallel thyristor elements 64a, 64b, 64c, and 64d are used, any desired number of elements could be used.
Wie dies aus den Fig. 3 bis 6 zu erkennen ist, ist das gesamte integrierte Bauteil in einem Substrat 80 mit relativ hohem Widerstand N(—) ausgebildet, das einen spezifischen Widerstand von ungefähr 20 Ohm-cm aufweist.As can be seen from FIGS. 3 to 6, the entire integrated component is in a substrate 80 with relative high resistance N (-), which has a resistivity of approximately 20 ohm-cm.
Eine Anzahl von getrennten Bereichen von P-Leitfahigkeitstyp wird in dem Substrat 80 mit Hilfe irgendeines gewünschten Verfahrens ausgebildet. Der erste dieser Bereiche ist der P+-Anodenbereich 8Ί, der dem Anodenbereich 21 nach Fig. 1 entspricht. Wie dies in den Fig. 3 und 4 gezeigt ist, weist der Anodenbereich 81 einen Hauptkörperabschnitt auf, von dem aus sich drei parallele Finger 81a, 81b und 81c erstrecken. Die Finger 81a und 81b sind ausführlicher in den Fig. 4 und 6 gezeigt. Ein rechtwinkliger Anodenbereichsrahmen mit Schenkeln 81d, 81e und 81f umgibt den Umfang des Halbleiterplättchens, wie dies in Fig. 3 gezeigt ist. Die Schenkel 81d und 81e sind in Fig. 5 zu erkennen.A number of separate areas of P conductivity type is formed in the substrate 80 by any desired method. The first of these areas is the P + anode area 8Ί, which corresponds to the anode area 21 of FIG. As in Figs. 3 and 4 As shown, the anode region 81 has a main body portion from which three parallel fingers extend 81a, 81b and 81c extend. The fingers 81a and 81b are shown in more detail in Figs. A rectangular anode section frame with legs 81d, 81e and 81f surrounds the periphery of the semiconductor die as shown in FIG. The legs 81d and 81e are shown in Fig. 5 to recognize.
Der zweite Bereich vom P-Leitfähigkeitstyp, der in den Fig. 3 t>is 8 gezeigt ist, ist der "inaktive" FIiIfsbereichThe second region of the P conductivity type, shown in FIGS. 3 to 8, is the "inactive" fluid region
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82 vom P-Leitfähigkeitstyp. Der inaktive Bereich 82 weist Schleifenabschnitte 82a, 82b, 82c und 82d auf (Fig. 3)» die die Basen von vier jeweiligen Thyristoren einschließen, wie dies weiter unten beschrieben wird, und die die Aufgabe des Hilfsringes 23a nach Fig. 1 erfüllen. Der Schleifenabschnitt 82b ist in Fig. 6 gezeigt.82 of the P conductivity type. The inactive area 82 has loop portions 82a, 82b, 82c and 82d (Fig. 3) »which include the bases of four respective thyristors, as described below, and which fulfill the task of the auxiliary ring 23a according to FIG. The loop portion 82b is shown in FIG.
Vier unter gleichen Abständen angeordnete langgestreckte Basisbereiche 83a, 83b, 83c und 83d vom P-Leitfähigkeitstyp (Fig. 3» 4- und 6) sind ebenfalls im Bereich 80 ausgebildet. Diese Basisbereiche entsprechen dem Basisbereich 23 nach Fig. 1. Der Basisbereich 83b ist vergrößert in Fig. 4 gezeigt. Es sei bemerkt, daß die Basisbereiche 83a, 83b, 83c und 83d fast vollständig durch die Hilfsringschleifen 82a, 82b, 82c bzw. 82d eingeschlossen sind.Four equally spaced elongated base regions 83a, 83b, 83c and 83d of the P conductivity type (FIGS. 3, 4 and 6) are also formed in the area 80. These base regions correspond to the base region 23 according to FIG. 1. The base region 83b is enlarged in FIG Fig. 4 shown. It should be noted that the base regions 83a, 83b, 83c and 83d are almost entirely covered by the auxiliary ring loops 82a, 82b, 82c and 82d are included, respectively.
Es wird ein weiterer Bereich vom P-Leitfähigkeitstyp ausgebildet, der aus einem schwimmenden Schutzring 84 besteht, der in den Fig. 3 bis 6 gezeigt ist. Der Schutzring 84 folgt einem sinusförmigen Pfad und halbiert den N(—)-Bereich 80, der die Oberfläche des Bauteils in den Fig. 3 und 4 erreicht.Another area of the P conductivity type is formed, which consists of a floating guard ring 84, which is shown in Figs. 3-6. The guard ring 84 follows a sinusoidal path and bisects it N (-) - Area 80 that defines the surface of the component in the Fig. 3 and 4 reached.
Jede Thyristorbasis 83a, 83b, Sf c und 83d nimmt zwei parallele N+-Emitterbereiche 8.5a-8^b, 8Ga-86b, 87a-87b bzw. 88a-88b auf (Fig. 3, 4 und o). Die Emitterbereiche 6^a und 86b sind in vergrößertem Maßstab in Fig. 4 p-ezeigt. Each thyristor base 83a, 83b, Sf c and 83d takes two in parallel N + emitter regions 8.5a-8 ^ b, 8Ga-86b, 87a-87b and 88a-88b, respectively (Fig. 3, 4 and o). The emitter areas 6 ^ a and 86b are shown on an enlarged scale in Fig. 4 p-e.
Aus dem vorstehenden ist zu erkennen, daß das Grenzschichtmuster nach Fig. 3 die Grundlage für die vierFrom the foregoing it can be seen that the interface pattern of FIG. 3 provides the basis for the four
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Thyristorelemente 64a, 64b, 64c und 64d nach Fig. 9 bildet und die Parallelschaltung dieser Elemente ermöglicht. Forms thyristor elements 64a, 64b, 64c and 64d according to FIG. 9 and enables these elements to be connected in parallel.
Das den Thyristor 64b bildende Thyristorelement ist in
den Fig. 4 und 6 gezeigt und wird im folgenden beschrieben. Die Thyristor-Basis besteht aus dem aktiven P-Bereich
83b, der die parallelen Emitterbereiche 86a und 86b enthält. Der Thyristor-Anodenbereich besteht aus den
Anodenbereichsfingern 81a und 81b, die symmetrisch den
Basisbereich 83b umschließen. Der Thyristorhauptteil besteht
aus dem N(—)-Bereich 80. Die Basis ist weiterhin
fast vollständig von dem Hilfsschleifenbereich 82b umgeben, der den vorstehend beschriebenen Nutzen bringt, daß
er den Auffangwirkungsgrad vergrößert. Das neuartige
Grenzschichtmuster ermöglicht weiterhin die Parallelschaltung der Anzahl von Thyristoren auf dem Halbleiterplättchen.
The thyristor element forming the thyristor 64b is shown in FIG
4 and 6 and will be described below. The thyristor base consists of the active P region 83b, which contains the parallel emitter regions 86a and 86b. The thyristor anode area consists of the
Anode region fingers 81a and 81b symmetrically connecting the
Enclose base region 83b. The main part of the thyristor consists of the N (-) region 80. The base is still there
almost entirely surrounded by the auxiliary loop portion 82b, which has the above-described benefit of increasing the collection efficiency. The novel
Interface pattern also enables the number of thyristors on the die to be connected in parallel.
Bei der Ausbildung des dargestellten Grenzschichtmusters betrug der seitliche Abstand zwischen den aufeinander gerichteten
Kanten der Basisbereiche 83a, 83b, 83c und 85d
und der jeweils benachbarten Anodenfinger 81a, 81b und
8ic (und der äußeren Anodenschenkel 8id und 8ie) ungefähr
105 Mikron. Die Tiefe jedes der Bereiche vom P-Leitfähigkeitstyp
betrug ungefähr 4 Mikron. Jeder der Basisbereiche 83a, 83b, 83c und 83d hatte eine Länge von ungefähr
1,016 mm (40 Mil) und eine Breite von ungefähr 75
Mikron.In the formation of the interface pattern shown, the lateral distance between the mutually facing edges of the base regions 83a, 83b, 83c and 85d and the respectively adjacent anode fingers 81a, 81b and
8ic (and the outer anode legs 8id and 8ie) approximately 105 microns. The depth of each of the P conductivity type regions was approximately 4 microns. Each of the base regions 83a, 83b, 83c and 83d had a length of approximately
1,016 mm (40 mils) and a width of approximately 75
Micron.
Während der Ausbildung der verschiedenen P-Bereiche wird vorzugsweise ein weiterer Schutzring 90 vomDuring the formation of the various P-ranges, a further protective ring 90 is preferably from
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P-Leitfähigkeitstyp (Fig. 2 und 5) um den Umfang des Halbleiterplättchens herum ausgebildet. Der Ring 90 weist von dem Außenumfang der Anode 8ie vom P+-Leitfähigkeitstyp einen Abstand von ungefähr 38 Mikron auf.P conductivity type (Figures 2 and 5) around the circumference of the Semiconductor die formed around. The ring 90 faces from the outer periphery of the anode 8ie of the P + conductivity type a spacing of approximately 38 microns.
Während der Ausbildung der verschiedenen Grenzschichten werden, wie dies in den Fig. 3 und 4- gezeigt ist, N(+)-Source(Quellen)- und Drain(Senken)-Bereiche 9ia-9ib, 92a-92b, 93a-93b und 94a-94-b für die Steuer-MOSFETs 76, 77» 78 bzw. 79 in Fig. 9 ausgebildet. Diese Bereiche werden in dem vergrößerten inaktiven Bereich 82 vom P-Leitfähigkeitstyp ausgebildet. Wie dies in Fig. U- für den Fall des Steuer-MOSFETs 77 gezeigt ist, werden ein geeignetes Gate-Oxid mit einer Dicke von ungefähr 0,1 Mikron und eine (nicht gezeigte) Polysilicon-Gate-Elektrode über dem Spalt zwischen den Bereichen 92a und 92b angeordnet. Ein extrem dünnes Oxid kann für die Steuer-MOSFETs verwendet werden, weil sich das Gate auf dem Potential des Knotens zwischen den Kondensatoren 60 und 61 und des Kondensators 75 befindet. Damit ist die Potentialdifferenz zwischen den Gate-Elektroden der Steuer-MOSFETs und der Kathode der Hauptthyristoren sehr niedrig. Die Transistoren 76 bis 79 können daher Transistoren mit sehr hoher Verstärkung sein.During the formation of the various boundary layers, as shown in FIGS. 3 and 4, N (+) source and drain regions 9ia-9ib, 92a-92b, 93a-93b and 94a-94-b for the control MOSFETs 76, 77 »78 and 79 in FIG. 9. These areas are formed in the enlarged inactive area 82 of P conductivity type. As shown in Figure U- for the case of control MOSFET 77 , a suitable gate oxide approximately 0.1 microns thick and a polysilicon gate electrode (not shown) are placed over the gap between the regions 92a and 92b arranged. An extremely thin oxide can be used for the control MOSFETs because the gate is at the potential of the node between capacitors 60 and 61 and capacitor 75. This means that the potential difference between the gate electrodes of the control MOSFETs and the cathode of the main thyristors is very low. The transistors 76 through 79 can therefore be very high gain transistors.
Der Source-Bereich 92a ist mit der inaktiven Basis verbunden, während der Drain-Bereich 92b elektrisch mit dem Thyristor-Ba -isbereich 83b über den leitenden Streifen (Fig. 4 und 6) verbunden ist. Der Streifen 95 besteht vorzugsweise aus Metall. Eine ähnliche Anordnung ist für jedes der Thyristorelemente vorgesehen, wobei ein leitender Streifen die Basisanschlüsse 8$a, 83b, 83c und 83dThe source region 92a is connected to the inactive base, while the drain region 92b is electrically connected to the Thyristor base area 83b over the conductive strip (Fig. 4 and 6) is connected. The strip 95 is preferably made of metal. A similar arrangement is for each of the thyristor elements is provided, with a conductive strip connecting the base terminals 8 $ a, 83b, 83c and 83d
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•3*3-4 5 4 A 9• 3 * 3-4 5 4 A 9
mit Steuer-MOSFET-Source-Elektroden 91b, 92b, 93b bzw. 94-b verbindet. Die leitenden Streifen sind dann alle miteinander beispielsweise durch einen Polysilizium-Verbindungsstreifen verbunden, der teilweise schematisch in Fig. 4- durch die gestrichelte Linie 95a dargestellt ist.connects to control MOSFET source electrodes 91b, 92b, 93b and 94-b, respectively. The conductive strips are then all together for example by a polysilicon connection strip connected, partially shown schematically in Fig. 4- by the dashed line 95a is.
Die Kondensatoren 60 und 61 sind ebenfalls in dem inaktiven P-Bereich 82 ausgebildet, wie dies in Fig. 7 für den Kondensator 60 gezeigt ist. Der Kondensator 60 ist durch Abscheiden einer Metallschicht oberhalb eines Bereichs der Basis 82 vom P-Typ ausgebildet, der von dem Halbleiterplättchen dadurch isoliert ist, daß man einen rechteckigen Ring 96 mit einen geeigneten Radius aufweisenden Ecken und aus dem N(—)-Material 80 die Halbleiterplättchen-Oberflache erreichen läßt. Es sei darauf hingewiesen, daß die Metallschicht 60 über der thermischen Oxidschicht 97 liegt, um eine Feldplatte zu bilden.The capacitors 60 and 61 are also formed in the inactive P-region 82, as shown in FIG. 7 for the Capacitor 60 is shown. The capacitor 60 is made by depositing a metal layer over an area of the P-type base 82 formed by the semiconductor die is isolated by having a rectangular ring 96 having a suitable radius Corners and of the N (-) material 80 the semiconductor die surface can achieve. It should be noted that the metal layer 60 is over the thermal oxide layer 97 lies to form a field plate.
Wie dies in Fig. 8 gezeigt ist, ist der Widerstand 70 ebenfalls in dem inaktiven Bereich 82 vom P-Leitfähigkeitstyp ausgebildet. Gemäß Fig. 8 ist ein Polysilizium-Streifen 70a über der Oxid-Schicht 97 abgeschieden und mit einer abgeschiedenen Siliziumdioxid-Schicht 98 überzogen. Daher wird der Widerstand 70 aus einer Widerstandsmaterialschicht gebildet, die durch die Isolierschicht vollständig von dem Hauptteil des Halbleiterplattchens isoliert ist. Der Widerstand ist daher ein idealer Widerstand, der frei von irgendwelchen parasitären Wechselwirkungen mit anderen Schaltungsbauteilen ist. In der Schicht 98 werden dann öffnungen ausgebildet und es werden Widerstandsanschlußverbindungen 99 und 100 an denAs shown in FIG. 8, the resistor 70 is also formed in the inactive region 82 of the P conductivity type. According to FIG. 8, a polysilicon strip 70a is deposited over the oxide layer 97 and coated with a deposited silicon dioxide layer 98. Therefore, the resistor 70 is formed from a resistive material layer which is completely isolated from the main part of the semiconductor die by the insulating layer. The resistor is therefore an ideal resistor that is free from any parasitic interactions with other circuit components. Openings are then formed in the layer 98 and resistor connection connections 99 and 100 are made to the
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3*3 *
Widerstand hergestellt. Diese AnschluBverbindungen sind in geeigneter Weise mit der Thyristor-Kathode und mit den Source-Elektroden der Steuer-MOSFETs 76, 77, 78 und 79 verbunden.Resistance established. These connection connections are in a suitable manner with the thyristor cathode and with the Source electrodes of control MOSFETs 76, 77, 78 and 79 tied together.
Die obere Oberfläche des in den Fig. 5 und 6 gezeigten Halbleiterplättchens wird weiter bearbeitet, um die gewünschte Metallisierung zu erzielen. Vor der Metallisierung befindet sich ein geeignetes thermisches Oxid 110 an seinem Platz oder es wird auf die Oberfläche des Bauteils aufgebracht, und zwar mit einer Stärke von ungefähr 1 Mikron. Nach üblichen Masken- und Ätzschritten werden die Metalle in der erforderlichen Folge aufgebracht. Die obere Oberfläche wird dann mit einem abgeschiedenen Oxidüberzug 111 überzogen, der irgendeine gewünschte Dicke aufweisen kann.The top surface of that shown in Figs The semiconductor die is further processed to achieve the desired metallization. Before metallization is a suitable thermal oxide 110 in place or it is on the surface of the component applied to a thickness of approximately 1 micron. After the usual masking and etching steps, the Metals applied in the required sequence. The top surface is then covered with a deposited oxide coating 111 coated which can be of any desired thickness.
Neuartige Polysilizium-Feldplatten 112 und 113 werden auf dem thermischen Oxid 110 abgeschieden. Es sei darauf hingewiesen, daß alle Polysilizium-Streifen oder -Schichten in irgendeiner gewünschten Folge abgeschieden werden.Novel polysilicon field plates 112 and 113 are on the thermal oxide 110 deposited. It should be noted that all polysilicon strips or layers deposited in any desired sequence.
Die Feldplatte 112 ist eine langgestreckte sinusförmige Platte, die oberhalb der Grenzschicht zwischen dem P(+)-Anodenbereich 81 und dem N(—)-Bereich 80 angeordnet ist und deren Pfad folgt. Die Feldplatte 113 ist in gleicher Weise eine- langgestreckte sinusförmige Platte, die einem der Platte 112 parallelen Pfad folgt und über der Grenzschicht zwischen den Hilfsbereich 82 und dem außenlie-cenden N(—)-Bereich 80 liegt.The field plate 112 is an elongated sinusoidal plate that extends above the interface between the P (+) anode region 81 and the N (-) region 80 and follow their path. The field plate 113 is the same An elongated sinusoidal plate that follows a path parallel to plate 112 and above the boundary layer between the auxiliary area 82 and the outer one N (-) - range 80.
Zu dem Zeitpunkt, zu dem die Feldplatten 112 und 113At the time the field plates 112 and 113
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abgeschieden werden, kann außerdem ein äußerer Äquipotentialring 115 (Fig. 5) uin den Außenumfang des Halbleiterplättchens herum angeordnet werden. Der ^ing 115 ist mit dem Substrat 80 in der üblichen Weise verbunden.Also, an outer equipotential ring 115 (FIG. 5) can be deposited into the outer periphery of the die be arranged around. The ^ ing 115 is with bonded to substrate 80 in the usual manner.
Die Feldplatten 112 und 113 und der Ring 115 können jeweils eine Breite von ungefähr 20 Mikron aufweisen. Der Schutzringbereich 84 kann eine Breite von ungefähr 8 Mikron aufweisen und ist in der Mitte zwischen den gegenüberliegenden Kanten der Platten 112 und 113 angeordnet, wobei diese Kanten einen Abstand von ungefähr 44 Mikron aufweisen. In ähnlicher Weise liegt der Bereich 90 vom P-Leitfähigkeitstyp (Fig. 5) in der Mitte zwischen den Platten 112 und 115» deren Kanten einen Abstand von ungefähr 44 Mikron aufweisen.The field plates 112 and 113 and the ring 115 can each approximately 20 microns wide. The guard ring portion 84 can be approximately 8 microns and is located midway between the opposite edges of plates 112 and 113, these edges being spaced approximately 44 microns apart. The range is similar 90 of the P conductivity type (Fig. 5) in the middle between plates 112 and 115 'the edges of which are approximately 44 microns apart.
Die Anoden-Elektrode 51 wird dann in der gezeigten Weise ausgebildet und steht mit dem Anoden-Bereich 81 vom P-Leitfähigkeitstyp in Eingriff, wie dies in den Fig. 2 und 6 gezeigt ist. Weiterhin wird die Kathoden-Elektrode ^O in der in den Fig. 2, 5 und 6 gezeigten Weise gebildet. The anode electrode 51 is then formed as shown and engages the anode region 81 of the P conductivity type, as shown in FIGS. Furthermore, the cathode electrode ^ O is formed in the manner shown in Figs.
Der laterale Thyristor nach den Fig. 2 bis 9 wird durch Strahlung von der Leuchtdiode 45 (Fig. G und 9) eingeschaltet, die so angeordnet ist, daß sie die freiliegende Oberfläche des Halbleiterplättchens beleuchtet. Weil das Halbleiterplättchen äußerst empfindlich ist, ist die Größe, die Lei. t;ung oder Lage der Leuchtdiode 45 nicht kritisch.The lateral thyristor according to FIGS. 2 to 9 is switched on by radiation from the light-emitting diode 45 (FIGS. G and 9), which is arranged to illuminate the exposed surface of the semiconductor die. Because that Semiconductor die is extremely delicate, the size is the lei. t; ung or position of the light-emitting diode 45 not critical.
Die anhand der Fig. 2 bis 8 beschriebenen Muster bildenForm the patterns described with reference to FIGS
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die elektrische Schaltung gemäß Fig. 9 und stellen eine Hälfte des Festkörper-Relais dar, das weiter unten beschrieben wird. Das Einschalten des Thyristors wird gegen eine Zündung durch kurzzeitige Impulse ohne Vorhandensein von Licht verriegelt. Die Spannungsteilung, die zwischen den Kondensatoren 60-61 und 75 erreicht wird, legt ein Spannungsfenster fest, in dem ein Einschalten möglich ist. Von Bedeutung ist hierbei, daß der kapazitive Spannungsteiler eine sehr niedrige Gate-Spannung für die Steuertransistoren und einen sehr niedrigen Funktions-Leckstrom ermöglicht. Die Kondensatoren ergeben weiterhin eine Abschirmung gegenüber einfallendem Licht oder Strahlung. the electrical circuit of FIG. 9 and represent a Half of the solid-state relay described below. Turning on the thyristor is against an ignition is locked by brief impulses without the presence of light. The voltage sharing between the capacitors 60-61 and 75 is reached, defines a voltage window in which a switch-on is possible is. What is important here is that the capacitive voltage divider has a very low gate voltage for the Control transistors and a very low functional leakage current. The capacitors continue to yield a shield against incident light or radiation.
Der neuartige laterale Thyristor nach den Fig. 2 bis 8 kann mit Hilfe irgendeines gewünschten Verfahrens hergestellt werden. Das Bauteil ergibt eine maximale effektive stromführende Fläche zwischen dem Anodenbereich 81 und dem Basisbereich 83 für eine vorgegebene Fläche des HaIbleiterplättchens. Die Grenzschichtmuster-Form ist weiterhin so ausgebildet, daß sie den Durchlaßspannungsabfall in einem größtmöglichen Ausmaß verringert, während gleichzeitig eine hohe Lichtempfindlichkeit aufrechterhalten wird, damit die Leuchtdiode 45 nicht kritisch ist.The novel lateral thyristor of Figures 2-8 can be fabricated by any desired method will. The component results in a maximum effective current-carrying area between the anode region 81 and the base region 83 for a given area of the semiconductor chip. The interface pattern shape is also designed to reduce the forward voltage drop reduced to the greatest possible extent while maintaining high photosensitivity so that the light emitting diode 45 is not critical.
Ein wesentliches Merkmal der neuartigen Geometrie besteht in den neuartigen Hilfsbereichen 82a, 32b, 82c und S-d vom P-Leitfähigkeitstyp, die schleife: iörmig um .jeden Basisbereich 83a, 83b, 83c bzw. 83d herumlaufen. Diese Geometrie ermöglicht es, alle N(+)-Kathoden miteinander zu verbinden. Damit sind die Bereiche 82a, 82b, ::'c undAn essential feature of the novel geometry consists in the novel auxiliary areas 82a, 32b, 82c and Sd of the P conductivity type, which loop around each base area 83a, 83b, 83c and 83d. This geometry enables all N (+) cathodes to be connected to one another. This means that the areas 82a, 82b: 'c and
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82d und der Hauptbereich 82 Bereiche konstanten Potentials, in die alle Thyristorbasen eingebettet sind. Durch Aufspreizen in dem Bereich 82 an den Enden der Basen steht eine große Fläche für die Metallisierung zur Parallelverbindung der Bereiche zur Verfügung.82d and the main area 82 areas of constant potential, in which all thyristor bases are embedded. By Spreading in the area 82 at the ends of the bases, there is a large area for the metallization for the parallel connection of the areas available.
Vorzugsweise wird eine widerstandsbehaftete Verbindung von der Kathode 50 zu den Schleifen 82a, 82b, 82c und 82d hergestellt, beispielsweise durch Verwendung von mit Abstand angeordneten punktförmigen Verbindungen, die schematisch als Verbindungspunkte 120 in Pig. 4- gezeigt sind und sich über die Länge der Schleife 82b vom P-Leitfähigkeitstyp erstrecken. Die Verbindung kann außerdem durch einen kurzen Kontaktstreifen 121 gemäß Pig. 4 hergestellt werden. Durch die Verwendung einer widerstandsbehafteten Verbindung zwischen den Hilfsschleifen und der Kathoden-Elektrode 50, wie es in den Fig. 4- und 6 gezeigt ist, werden Träger, die von den Anodenbereichen 81a und 81b während des Einschaltens des Bauteils injiziert werden, in Richtung auf die Emitterbereiche 86a und 86b bewegt, statt daß sie von den Hilfsbereichen 82a, 82b, 82c und 82d aufgefangen werden. Dies vergrößert den Sammelwirkungsgrad des Emitters und verringert wesentlich den Durchlaßspannungsabfall des Bauteils. Beispielsweise wurde durch die Herstellung der widerstandsbehafteten Verbindung zwischen den Hilfsschleifenbereichen und der Kathode 50 der Durchlaßspannungsabfall bei einem Durchlaßstrom von 1,5 A von ungefähr 1,4-5 V auf ungefähr 1,15 V verringert. Dies führt zu einer wesentlichen Verringerung der Verlustleistung während des leitfähigen Zustands. Preferably there is a resistive connection from cathode 50 to loops 82a, 82b, 82c and 82d produced, for example, by using spaced-apart punctiform connections, which are shown schematically as connection points 120 in Pig. 4-4 and extend the length of the P conductivity type loop 82b extend. The connection can also be made by a short contact strip 121 according to Pig. 4 manufactured will. By using a resistive connection between the auxiliary loops and the cathode electrode 50, as shown in Figs. 4- and 6, carriers injected from the anode regions 81a and 81b during power-up of the device become in the direction of the emitter regions 86a and 86b instead of being removed from the auxiliary regions 82a, 82b, 82c and 82d are caught. This increases the collection efficiency of the emitter and significantly reduces the Forward voltage drop of the component. For example, by making the resistive connection between the auxiliary loop regions and the cathode 50, the forward voltage drop for a forward current decreased from 1.5A from about 1.4-5V to about 1.15V. This leads to a substantial reduction the power loss during the conductive state.
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Während der Herstellung und Fertigbearbeitung des Bauteils nach den Fig. 3 bis 6 werden der Anodenbereich 81 und alle seine Segmente vorzugsweise stark dotiert, verglichen mit der Dotierung der Bereiche 82, 83 und 8^ vom P-Leitfähigkeitstyp. Beispielsweise kann der Anodenbereich 81 bis zu einem Punkt dotiert werden, bei dem er einen spezifischen Widerstand von 50 Ohm pro Quadrat hat, verglichen mit den 1600 Ohm pro Quadrat für die Bereiche 82, 83 und 84. Dies egt eine hohe Verstärkung und damit eine hohe Lichtempfindlichkeit für den sich in natürlicher Weise ergebenden lateralen Thyristor fest, der aus den Bereichen 81, 80 und 83 besteht. Weiterhin wird durch stärkere Dotierung des Anodenbereichs der Durchlaßspannungsabfall des Bauteils verringert.During the production and finishing of the component according to FIGS. 3 to 6, the anode region 81 and all of its segments are preferably heavily doped compared to the doping of regions 82, 83 and 8 ^ d P conductivity type. For example, the anode region 81 can be doped to a point where it has a resistivity of 50 ohms per square, compared to the 1600 ohms per square for areas 82, 83 and 84. This egt a high gain and thus establishes a high light sensitivity for the naturally resulting lateral thyristor, which is made of areas 81, 80 and 83. Furthermore, the forward voltage drop is reduced by heavier doping of the anode region of the component is reduced.
Ein weiteres wesentliches Merkmal der Erfindung liegt in der Steuerung der Dotierung der Emitterbereiche, wie beispielsweise der Bereiche 86a und 86b nach den Fig. 3 und 6, derart, daß die Konzentration vom N-Leitfähigkeitstyp an der Oberfläche des Bauteils einen optimalen Wert vonAnother essential feature of the invention is the control of the doping of the emitter regions, such as of the regions 86a and 86b of FIGS. 3 and 6, such that the concentration of the N conductivity type on the surface of the component has an optimal value of
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1 x 10 bis 6 χ 10 Phosphorionen/ccm aufweist. Dies kann beispielsweise dadurch erreicht werden, daß Phosphor durch eine dünne Oxid-Schicht während der Bildung der Bereiche 86 eindiffundiert wird oder daß eine Sreuerung der verschiedenen Gasströmungen während des Diffusionsvorganges vorgenommen wird. Durch die Verringerung der Konzentration vom N-Leitfähigkeitstyp an der Oberfläche der Bereiche 86 wird der Injektionswirkungsgrad des Bauteils vergrößert, wodurch der Durchlaßspannungsabfall weiter verringert wird und die Empfindlichkeit des Bauteils für ein Einschalten durch Photonen von der Leuchtdiode ^5 beträchtlich vergrößert wird.1 x 10 to 6 χ 10 phosphorus ions / ccm. This can be achieved, for example, in that phosphorus is diffused in through a thin oxide layer during the formation of the regions 86 or in that the various gas flows are dispersed during the diffusion process. By reducing the concentration of the N conductivity type at the surface of the regions 86, the injection efficiency of the component is increased, whereby the forward voltage drop is further reduced and the sensitivity of the component to being switched on by photons from the light-emitting diode ^ 5 is considerably increased.
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In Fig. 10 ist ein. Schaltbild einer Ausführungsform eines vollständigen Wechselspannungsrelais gezeigt. Das Relais nach Fig. 10 verwendet zwei identische Thyristoren 210 und 211, die zueinander anti-parallelgeschaltet sind und zwischen zwei Netzwechselspannungs-Leistungsanschlüsse 212 bzw. 213 eingeschaltet sind. Die schematisch dargestellten Thyristoren 210 und 211 sind jeweils von dem in den Fig. 1 bis 9 gezeigten Typ und mit Gate-Schaltungen versehen, die schematisch durch die Gate-Anschlüsse 216 bzw. 217 dargestellt sind. Das Thyristor-Halbleiterplättchen 210 weist auf seiner oberen Fläche das Anoden-Elektrodenkissen 220 und das Kathoden-Elektrodenkissen 221 auf, während das Halbleiterplättchen 211 ein identisches Anodenkissen 222 und ein Kathodenkissen 223 aufweist (Fig. 11).In Fig. 10 is a. Circuit diagram of an embodiment of a complete AC voltage relay is shown. The relay of Fig. 10 uses two identical thyristors 210 and 211 which are connected anti-parallel to each other and are switched on between two mains alternating voltage power connections 212 and 213, respectively. The schematic The illustrated thyristors 210 and 211 are each of the type shown in FIGS. 1 through 9 and have gate circuits which are shown schematically by the gate terminals 216 and 217, respectively. The thyristor semiconductor die 210 has the anode electrode pad 220 and the cathode electrode pad on its upper surface 221, while the semiconductor die 211 an identical Anode pad 222 and a cathode pad 223 (Fig. 11).
Die Thyristoren 210 und 211 sind elektrisch derart miteinander verbunden, daß die Anode 220 des einen Thyristors mit der Kathode 223 des anderen Thyristors und die Anode 222 des einen Thyristors mit der Kathode 221 des anderen Thyristors verbunden ist. Entsprechend sind die Halbleiterbauteile in der in Fig. 10 gezeigten antiparallelen Beziehung miteinander verbunden.The thyristors 210 and 211 are electrically connected to one another in such a way that the anode 220 of one thyristor with the cathode 223 of the other thyristor and the Anode 222 of one thyristor is connected to the cathode 221 of the other thyristor. They are accordingly Semiconductor devices are connected to one another in the anti-parallel relationship shown in FIG.
Eine einzige Leuchtdiode 225, die ein übliches im Handel erhältliches Gallium-Aluminium-Arsenid-Bauteil mit Anschlüssen 226 und 227 gemäß Fig. 10 sein kann, ist derart angeordnet, daß sie in der noch zu beschreibenden Weise die lichtempfindlichen Oberflächen der Halbleiterplättchen 210 und 211 beleuchtet, um ein Einschalten der Halbleiterplättchen zu ermöglichen, sofern die anderen Schaltungsbedingungen passend sind. Zwischen demA single light emitting diode 225 that is a common, commercially available gallium-aluminum-arsenide component with leads 226 and 227 as shown in FIG. 10, is arranged so that it can be in the manner to be described illuminates the photosensitive surfaces of the semiconductor wafers 210 and 211 to turn on the semiconductor wafers to enable, provided the other circuit conditions are suitable. Between the
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Eingangskreis, der mit den Anschlüssen 226 und 227 verbunden ist, und dem Vechselspannungsleistungskreis. der mit den Anschlüssen 212 und 213 verbunden ist, wird eine gute elektrische Isolation ausgebildet.Input circuit connected to terminals 226 and 227 and the AC power circuit. the is connected to the terminals 212 and 213, good electrical insulation is formed.
Identische Steuerschaltungen, wie sie weiter oben beschrieben wurden, sind zur Steuerung des Einschaltens der Thyristoren 210 bzw. 211 vorgesehen und schließen jeweilige MOSFET-Transistoren 230 und 231, Zener-Dioden 232 und 233» Widerstände 234 und 235 und Kondensatoren 236 und 237 ein. Die Kondensatoren 23u und 237 dienen ähnlich wie die Kondensatoren 60 und 61 nach Fig. 9 als ein Bauteil von jeweiligen kapazitiven Spannungsteilern. Das zweite Bauteil der kapazitiven Spannungsteiler besteht aus der verteilten Kapazität 238 und 239 der MOSFET-Transistoren 230 bzw. 231·Identical control circuits as described above are used to control the activation of the Thyristors 210 and 211, respectively, are provided and close respective MOSFET transistors 230 and 231, Zener diodes 232 and 233 »resistors 234 and 235 and capacitors 236 and 237 a. Capacitors 23u and 237 serve similarly like capacitors 60 and 61 according to FIG. 9 as a component of respective capacitive voltage dividers. That The second component of the capacitive voltage divider consists of the distributed capacitance 238 and 239 of the MOSFET transistors 230 or 231
Die Schaltungsbauteile 230 bis 239 könnten als diskrete Bauteile ausgeführt sein. Vorzugsweise sind jedoch diese Bauteile mit den Halbleiterplattchen, die die Thyristoren 210 und 211 bilden, integriert ausgeführt, wie dies anhand der Fig. 1 bis 9 beschrieben wurde.The circuit components 230 to 239 could be designed as discrete components. However, these are preferred Components with the semiconductor plates that form the thyristors 210 and 211, carried out integrated, as shown in FIG 1 to 9 has been described.
Die Transistoren 230 und 231 sind mit den Gate-Elektroden 216 und 217 der Thyristoren 210 bzw.211 verbunden. Solange die Transistoren 230 und 231 leiten oder durchgeschaltet sind, kann die Beleuchtung der Oberflächen der Bauteile 210 und 211 durch die Leuchtdiode 225 das Sauteil nicht einschalten. Die Transistoren 230 und 231 schalten ein, wenn ihre jeweiligen Gate-Elektroden 2^0 und 241 in geeigneter Weise auf eine geeignete Schwellwertspannung V,, aufgeladen sind. Entsprechend leiten,The transistors 230 and 231 are to the gate electrodes 216 and 217 of thyristors 210 and 211 respectively. As long as the transistors 230 and 231 conduct or are switched on are, the illumination of the surfaces of the components 210 and 211 by the light-emitting diode 225 can be the part do not turn on. The transistors 230 and 231 turn on when their respective gate electrodes are 2 ^ 0 and 241 are suitably charged to a suitable threshold voltage V1. Guide accordingly,
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wenn die Knoten 242 und 243 die Einschalt-Schwellwertspannung der Transistoren 230 und 231 erreichen,und wenn eine ausreichende Drain-Source-Spannung vorhanden ist, die Bauteile und klemmen die jeweiligen Gate-Elektroden 216 und 217 der Thyristoren 210 und 211.when nodes 242 and 243 reach the turn-on threshold voltage of transistors 230 and 231 reach, and if a sufficient drain-source voltage is present, remove the components and clamp the respective gate electrodes 216 and 217 of thyristors 210 and 211.
Die Spannung an jedem der Knoten 242 und 243, die mit Vq bezeichnet wird, ist:The voltage at each of nodes 242 and 243 that begins with Vq is referred to is:
V0 = VccV(C1+Cp) V 0 = V ccV (C 1 + C p )
In dieser Gleichung ist V0^ die Spannung längs der An-In this equation, V 0 ^ is the voltage along the line
CCCC
Schlüsse 212 und 213» C die Kapazität der verteilten Kondensatoren 238 bzw. 239 und Cx. die Kapazität der Kondensatoren 236 bzw. 237.Inferences 212 and 213 »C is the capacitance of the distributed capacitors 238 or 239 and C x . the capacitance of the capacitors 236 and 237, respectively.
Aus dem vorstehenden ist zu erkennen, daß die Spannung Vq an den Knoten 242 oder 243 größer als die Schwellwertspannung der Transistoren 230 und 231 ist, wenn die momentane Wechselspannung zwischen den Anschlüssen 212 und 213 positiver oder negativer ist als irgendein bestimmter "Fenster"-Wert. Entsprechend kJ.emmen die Transistoren 23O und 231 die Thyristoren 210 und 211, wenn diese Fensterspannung überschritten ist. Diese Anordnung ermöglicht dann eine Nulldurchgangs-Detektorschaltung, ohne daß ein Widerstand erforderlich ist, der sich zwischen den Hauptanschlüssen des Bauteils erstreckt.From the above, it can be seen that the voltage Vq at node 242 or 243 is greater than the threshold voltage of transistors 230 and 231 when the instantaneous AC voltage between terminals 212 and 213 is more positive or negative than any particular one "Window" value. The transistors clamp accordingly 23O and 231 the thyristors 210 and 211, if these Window voltage is exceeded. This arrangement enables then a zero crossing detector circuit without the need for a resistor interposed between extends the main terminals of the component.
Die neuartige kapazitive Spannungsteilerschaltung ist auch für die Unterdrückung des Zündens der Bauteile und 211 aufgrund von schnell ansteigenden ImpulsenThe novel capacitive voltage divider circuit is also used to suppress the ignition of the components and 211 due to rapidly rising pulses
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nützlich, wie beispielsweise von Störimpulsspitzen oder von Signalen mit einem hohen dV/dt-Wert. Derartige hohe Störimpulse mit kurzer Dauer legen eine ausreichend hohe Spannung längs der parasitären oder Streu-Kapazitäten 23ö und 239 an, damit die Transistoren 230 bzw. 231 einschalten und den jeweiligen Thyristor klemmen. Entsprechend wird der Thyristor nicht aufgrund solcher schnell ansteigender Störimpulse gezündet.useful, such as glitches or signals with a high dV / dt value. Such high Interference pulses with a short duration place a sufficiently high voltage across the parasitic or stray capacitances 236 and 239 to turn on transistors 230 and 231, respectively and clamp the respective thyristor. Accordingly, the thyristor does not rise rapidly due to such Glitches ignited.
Bei relativ langsam ansteigenden Impulsen, wie sie beispielsweise durch stark induktive Lasten hervorgerufen werden, die mit den Relaisanschlüssen 212 und 213 verbunden sind, sind diese Impulse nicht ausreichend schnell, um die Steuertransistoren einzuschalten und damit in unerwünschter Weise die Thyristoren 210 und 211 zu klemmen, so daß ein Einzelphasenbetrieb oder ein Prellen des Relais bei stark induktiven Lasten vermieden wird. Es sei weiterhin darauf hingewiesen, daß dies erreicht wird, ohne daß es erforderlich ist, die optische Empfindlichkeit des Bauteils zu verringern. Die Thyristoren 210 und 211 können daher so ausgebildet werden, daß sie eine optimale optische Empfindlichkeit für den Zündvorgang aufweisen, ohne daß die Gefahr eines fehlerhaften Betriebs durch relativ langsam ansteigende vorübergehende Impulse besteht.With relatively slowly increasing pulses, such as those caused by highly inductive loads connected to relay terminals 212 and 213 are, these pulses are not fast enough to switch on the control transistors and thus undesirable Way to clamp thyristors 210 and 211 so that single phase operation or bouncing of the Relay is avoided with highly inductive loads. It should also be noted that this is achieved without it being necessary to reduce the optical sensitivity of the component. The thyristors 210 and 211 can therefore be designed so that they have an optimal optical sensitivity for the ignition process without the risk of faulty operation due to relatively slowly increasing transient Impulses.
Ein weiterer Vorteil der Schaltung nach Fig. 10 besteht in der Konstruktion der Widerstände 234- und 235· Der Temperaturkoeffizient des Widerstandes ist gegen die Empfindlichkeit des jeweiligen Thyristors ausgeglichen. Das heißt, daß dann, wenn der Widerstand den üblichen negativen Temperaturkoeffizienten aufweist, es möglich seinAnother advantage of the circuit of FIG. 10 is in the construction of resistors 234- and 235 · Der Temperature coefficient of resistance is against sensitivity of the respective thyristor balanced. That is, if the resistance is the usual negative Has temperature coefficients, it be possible
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würde, daß der Widerstand den zugehörigen gesteuerten Gleichrichter klemmt, wenn er heiß ist. Durch den Ausgleich des Widerstandsteraperaturkoeffizienten der Widerstände 234 und 235 kann diese Klemmwirkung jedoch vermieden werden.would cause the resistor to clamp the associated controlled rectifier when it is hot. By balancing the resistance temperature coefficient of the resistors 234 and 235, however, this clamping effect can be avoided.
Anhand der Fig. 11 bis 14 wird im folgenden eine Anordnung zur Aufnahme der Halbleiterplättchen 210 und 211 und der Leuchtdiode 225 nach Fig. 10 beschrieben. In den Fig. 11 und 12 ist ein keramischer Substratträger 260 gezeigt, der aus Aluminiumoxid bestehen kann, jedoch auch aus irgendeinem gewünschten elektrisch isolierenden thermisch leitenden Material bestehen kann. Beispielsweise kann die Aluminiumoxid-Platine 260 eine Stärke von 0,635 mm, eine Länge von ungefähr 22,9 mm und eine Breite von ungefähr 6,35 tnm aufweisen. Eine Vielzahl von Leiterbahnmustern ist auf einer Oberfläche des Substrats 260 ausgebildet, und zwar unter Einschluß von Leiterbahnen 261 biw 267· Jede dieser Leiterbahnen kann durch eine Goldplattierung auf dem Substrat gebildet sein, wobei die Goldplattierung eine Stärke von mehr als ungefähr 0,00381 mm aufweist. Jedes der Thyristor-Halbleiterplättchen 210 und 211 wird dann in geeigneter Weise auf leitende Kissen 265 bzw. 264 aufgelötet oder auf andere Weise befestigt, so daß die Leiterplättchen in guter thermischer Berührung mit dem Aluminiumoxid-Substrat 260 stehen. Jedes der Halbleiterplättchen 210 und 211 kann eine Größe von ungefähr 2,08 χ 2,95 mm für ein Bauteil typischer Größe aufweisen. Das Leuchtdioden-Halbleiterplättchen 225 ist mit einem Ende auf dem Leiterbahnmuster 262 befestigt.With reference to FIGS. 11 to 14, an arrangement for receiving the semiconductor wafers 210 and 211 and of the light-emitting diode 225 according to FIG. 10 is described. 11 and 12 show a ceramic substrate carrier 260, which can consist of aluminum oxide, but also can be made of any desired electrically insulating thermally conductive material. For example the aluminum oxide board 260 may have a thickness of 0.635 mm, a length of about 22.9 mm and a width of about 6.35 tnm. A variety of trace patterns is formed on a surface of the substrate 260 including conductive lines 261 biw 267 · Each of these conductor tracks can be formed by a gold plating on the substrate, whereby the Gold plating is greater than about 0.00381 mm thick. Each of the thyristor wafers 210 and 211 are then appropriately soldered to conductive pads 265 and 264, respectively, or otherwise attached so that the printed circuit boards are in good thermal contact with the alumina substrate 260. Each of the semiconductor dies 210 and 211 may be approximately 2.08 2.95 mm, more typically for a component Size. The light-emitting diode semiconductor die 225 has one end on the conductor track pattern 262 attached.
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Die Halbleiterplattchen 210 und 211 sind so befestigt, daß ihre Anoden- und Kathodenleitungen allgemein mi-einander und mit einem Ende der Leiterbahnen 266 und 267 ausgerichtet sind. Entsprechend wird ein einziger Draht 270 in bequemer Weise zur elektrischen Verbindung der leitenden Kissen 223 des Thyristors 211 und 220 des Thyristors 210 und der Enden der Leiterbahn 2b7 verwendet. Dies kann mit Hilfe eines Heftverbindungsverfahrens von relativ einfacher Art erreicht werden, das sich aufgrund seiner Eigenart für automatische Hochgeschwindigkeitstechniken eignet. Entsprechend wird ein Heftverbindungskopf in einfacher Weise auf den Draht 270 niedergedrückt, um den Draht an drei mit Abstand voneinander angeordneten Punkten elektrisch zu befestigen, die der Lage der Kissen 223, 220 und dem Ende der Leiterbahn 2ü7 entsprechen. In ähnlicher Weise wird ein zweiter paralleler Draht 271 durch eine Heftverbindung mit den leitenden Kissen 222, 221 und dem Ende der Leiterbahn I."1L-6 verbunden. Die Heftverbindung des Drahtes 271 ist in den Fig. 11 und 12 gezeigt. Jeder leitende Draht 270 und 271 kann ein Aluminiumdraht mit einem Durchmesser von ungefähr 0,15 ^s sein.The semiconductor dies 210 and 211 are attached so that their anode and cathode leads are generally aligned with one another and with one end of the conductive traces 266 and 267. Similarly, a single wire 270 is conveniently used to electrically connect conductive pads 223 of thyristor 211 and 220 of thyristor 210 and the ends of conductive line 2b7. This can be achieved by means of a stitching method of a relatively simple type which, by its nature, lends itself to high speed automatic techniques. Similarly, a stitching head is simply depressed onto the wire 270 to electrically secure the wire at three spaced apart points corresponding to the location of the pads 223, 220 and the end of the conductive path 2ü7. Similarly, a second parallel wire 271 is stapled to conductive pads 222, 221 and the end of track I. " 1 L-6. The stapled connection of wire 271 is shown in Figures 11 and 12. Each conductive Wire 270 and 271 can be aluminum wire approximately 0.15 sec in diameter.
Als Ergebnis dieser Verbindungen sind die Lei. tungsanschlüsse 212 und 213 mit den Thyristorbauteilen 210 und 211 in Fig. 11 in der in Fig. 10 gezeigten Weise verbunden, wobei die Thyristoren in anti-paralleler Beziehung zueinander geschaltet sind. Es sei bemerkt, daß, weil die Halbleiterplattchen 210 und ?ΛΛ außerdem ihre jeweiligen Steuerschaltungen enthalten, die ^teuerschaltunfen damit ebenfalls an ihrer Stelle mit Hilfe dieses einzigen Kei'tverbindungsvor^anges verbunden sin-i.As a result of these connections are the lei. Connection terminals 212 and 213 are connected to the thyristor components 210 and 211 in Fig. 11 in the manner shown in Fig. 10, the thyristors being connected in anti-parallel relation to each other. It should be noted that because the semiconductor dies 210 and 210 also contain their respective control circuitry, the control circuitry is also connected in place by this single key connection mechanism.
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Wie dies gezeigt ist, ist die Leuchtdiode 225 über einem Ende der Leiterbahn 262 angeordnet, die mit einem Anschluß 226 verbunden ist. Die andere Elektrode der Leuchtdiode 225 ist elektrisch über einen Draht 280 mit einem Ende der Leiterbahn 261 verbunden. Der Draht 280, der eine Anschlußleitung der Leuchtdiode 225 sein kann, ist mit dem Ende der Leiterbahn 261 auf irgendeine gewünschte Weise verbunden.As shown, the light emitting diode 225 is arranged over one end of the conductor track 262, which has a connection 226 is connected. The other electrode of the light emitting diode 225 is electrically connected via a wire 280 connected to one end of the conductor track 261. The wire 280, which can be a connection line of the light-emitting diode 225, is connected to the end of trace 261 in any desired manner.
Die Leiterbahn 261 ist dann elektrisch mit der mit Abstand angeordneten Leiterbahn 263 entweder durch eine direkte KurzSchlußverbindung durch einen Draht 281 oder über einen Widerstand 282 verbunden. Die Auswahl des Kurzschlußdrahtes 281 oder des Widerstandes 282 hängt von der an den Anschlüssen 226 und 227 zur Verfügung stehenden Leistung und von der Charakteristik der Leuchtdiode 225 ab. Die Drähte 280 und 281 können Golddrähte mit einem Durchmesser von ungefähr 0,0254- mm sein. Es ist zu erkennen, daß die Anschlüsse 212, 213, 226 und 227 sich derart vom Umfang des Substrats 260 aus erstrecken, daß sie eine Halbleiterpackung vom Dual-in-line-Anschlußstift-Typ bilden.The conductor track 261 is then electrically connected to the spaced-apart conductor track 263 either by a direct short circuit connection by wire 281 or connected through a resistor 282. The selection of the Short circuit wire 281 or resistor 282 depends on what is available at terminals 226 and 227 Power and on the characteristics of the light emitting diode 225. The wires 280 and 281 can use gold wires about 0.0254 mm in diameter. It can be seen that the connections 212, 213, 226 and 227 are extend from the periphery of substrate 260 to form a dual-in-line pin type semiconductor package form.
Eine optische Kappe oder ein Gehäuse 291 wird dann über die Leuchtdiode 225 und die Thyristoren 210 und 211 aufgesetzt und umschließt den Bereich, der in Fig. 11 durch die gestrichelte Linie 290 angedeutet ist. Diese Kappe ist in den Fig. 13 und 14 als Kappe 291 gezeigt und kann aus irgendeinem gewünschten reflektierenden Kunststoffmaterial bestehen, das in der Lage ist, die Temperaturen auszuhalten, die während des Betriebs des Bauteils auftreten. Ein weiß eingefärbtes Kunststoffmaterial wurdeAn optical cap or housing 291 is then placed over the light emitting diode 225 and the thyristors 210 and 211 and encloses the area which is indicated in FIG. 11 by the dashed line 290. This cap is shown in Figures 13 and 14 as cap 291 and may made of any desired reflective plastic material capable of withstanding the temperatures withstand that occur during operation of the component. A white colored plastic material was made
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verwendet. Das ausgewählte Kunststoffmaterial kann ein Disulfo-Kunststoff sein. Das Kunststoffmaterial ist vorzugsweise weiß, so daß Licht von den Innenoberflächen, der Kappe reflektiert wird. Die Kappe kann auch aus einem geeigneten Silicon-Material, wie beispielsweise RTV, bestehen, dem Titanoxid-Pulver zugemischt wurde. Das Titsnoxid-Pulver bleibt in eindeutiger Weise in dem SiIi. on-Material in Dispersion. Diese Mischung kann in einem Ofen über ungefähr 15 min bei ungefähr 115 C ausgehärtet werden.used. The selected plastic material can be a Be disulfo plastic. The plastic material is preferably white so that light can shine from the inner surfaces of the Cap is reflected. The cap can also be made of a suitable silicone material, such as RTV, was mixed with the titanium oxide powder. The titsnoxide powder remains in the SiIi in a definite way. on material in dispersion. This mixture can be cured in an oven at about 115 ° C for about 15 minutes will.
Die Kappe 291 weist eine geneigte Seitenfläche 292 oberhalb der Lage der Leuchtdiode 225 auf, wobei diese geneigte Kante Licht in Richtung auf den Bereich der HaIbleiterplättchen 210 und 211 reflektiert, wie dies in Fig. 13 zu erkennen ist.The cap 291 has an inclined side surface 292 above the position of the light-emitting diode 225, this inclined edge light in the direction of the area of the semiconductor plate 210 and 211 are reflected, as can be seen in FIG.
Die Kappe 291 kann an ihrem Platz festgeklebt werden, wie dies in Fig. 13 gezeigt ist, oder sie kann so ausgebildet sein, daß sie das Substrat überlappt und über die Kante des Substrats einrastet. Ein klares Silicon-Material wird dann in das Innere der Kappe 292 über die Füllbohrungen 293 und 294 nach den Fig. 13 und 14 eingeleitet, um alle Halbleiterplättchen 225, 210 und .11 sowie ihre Anschiußleitungen einzukapseln, während .iie Beleuchtung von der Leuchtdiode 225 die lichtempfindlichen Oberflächen der Thyristor-Halbleiterplättchen 210 und 211 erreichen kann.The cap 291 can be taped in place, as shown in Figure 13, or it can be formed be that it overlaps the substrate and snaps over the edge of the substrate. A clear silicone material will be then introduced into the interior of the cap 292 via the filling bores 293 and 294 of FIGS. 13 and 14 to all Semiconductor wafers 225, 210 and .11 and their connection lines encapsulate, while .iie illumination from the light-emitting diode 225 the light-sensitive surfaces of the Thyristor semiconductor die 210 and 211 can achieve.
Nachdem die Kappe 291 an ihrem Platz befestigt und mit Silicon gefüllt wurde, kann das gesamte Substrat 260 zusammen mit der Kappe 291 in einem ArischlußrahnenAfter the cap 291 is fastened in place and with Silicone has been filled, the entire substrate 260 together with the cap 291 in an Arischlußrahne
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befestigt werden, der die Anschlüsse 212, 213, 226 und 227 ergibt. Das Bauteil kann dann vollständig in einem angefortnten Gehäuse angeordnet werden, das beispielsweise durch einen Übertragungs-Formvorgang oder dergleichen gebildet werden kann. Die Anschlüsse 212, 213, 226 und erstrecken sich von dieser Halbleiterpackung,um eine Dual-in-line-Halbleiterpackung mit relativ geringer Größe und geringem Volumen zu bilden. Das Bauteil kann dennoch eine dauernde Strombelastung von 1 1/2 A oder mehr bei Spannungen von 240 V Wechselspannung aushalten.attached to the connections 212, 213, 226 and 227 results. The component can then be arranged completely in an extended housing, which for example formed by transfer molding or the like can be. Terminals 212, 213, 226 and extend from this semiconductor package to provide a Dual-in-line semiconductor package with a relatively small size and low volume to form. However, the component can withstand a continuous current load of 1 1/2 A or more Withstand voltages of 240 VAC.
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