DE4034674A1 - Halbleiterbauelement - Google Patents
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Description
Die Erfindung betrifft ein Halbleiterbauelement, insbeson
dere betrifft sie die Vermeidung von Fehlfunktionen auf
grund von Rauschen oder dergleichen in einem Brückenlei
stungsschaltkreis und dessen Steuerschaltung, die als Modul
auf einem einzigen Metallsubstrat angeordnet sind.
Das Schaltbild von Fig. 1 zeigt eine konventionelle Dreh
richter-Brückenschaltung zum Antreiben eines Motors oder
dergleichen. Der Drehrichter umfaßt sechs npn-Leistungs
transistoren 1-6. Die Transistoren 1 und 2, 3 und 4 sowie 5
und 6 sind jeweils in Totem-Pole-Schaltung gekoppelt und
parallel zwischen Spannungsversorgungsanschlüsse P und N
geschaltet. Zwischen die Spannungsversorgungsanschlüsse P
und N wird eine Hochspannung gelegt, die auf der Seite des
Anschlusses P positiv ist. Ein Übergang zwischen dem Emit
ter des Transistors 1 und dem Kollektor des Transistors 2
ist mit einem U-Phasen-Ausgang U verbunden, ein Übergang
zwischen dem Emitter des Transistors 3 und dem Kollektor
des Transistors 4 ist mit einem V-Phasen-Ausgang V verbun
den, und ein Übergang zwischen dem Emitter des Transistors
5 und dem Kollektor des Transistors 6 ist mit einem W-
Phasen-Ausgang W verbunden. Zwischen die Emitter und Kol
lektoren der Transistoren 1-6 sind jeweils Freilaufdioden
7-12 geschaltet.
Steuerkreise 13-18, die das Ein/Ausschalten der Transisto
ren 1-6 steuern, sind an die Basiselektroden der Transi
storen 1-6 angeschlossen. Die Steuerkreise 13-18 umfassen
Treiber 25-30, die an Eingänge 19-24 angelegte Steuersi
gnale empfangen und Basistreibersignale der Transistoren
1-6 erzeugen. Die Transistoren 1-6 werden aufgrund der an
den Eingängen 19-24 liegenden Steuersignale ein/ausgeschal
tet. Die Steuerkreise 13-18 enthalten ferner Schutzschal
tungen, die einen Überstrom, eine Überspannung, eine Über
hitzung und dergleichen erfassen und geeigneten Schutz
bieten. Ferner umfassen die Steuerkreise 13, 15 und 17 im
oberen Zweig Anpaßelemente wie Fotokoppler und dergleichen,
um an die Eingänge 19, 21 und 23 angelegte Steuersignale
mit niedrigem Spannungspegel auf einen hohen Spannungspegel
anzuheben. Jeder Steuerkreis 13-18 besteht aus einer inte
grierten Schaltung, diskreten Transistoren, Widerständen,
Kondensatoren und dergleichen. Die Steuerkreise 13, 15 und
17 im oberen Zweig haben jeweils Spannungsversorgungen VUP,
VVP und VWP, während die Steuerkreise 14, 16 und 18 im un
teren Zweig eine gemeinsame Spannungsversorgung VN haben.
Die Schaltung von Fig. 1 ist mit Ausnahme von VUP, VVP, VWP
und VN auf einem einzigen Metallsubstrat in Modultechnik
angeordnet. Durch Verstärken der Spannung der Spannungs
quelle VN im unteren Zweig mit einem auf dem Metallsubstrat
gebildeten Ladepumpenkreis können die Versorgungsanschlüsse
VUP, VVP und VWP im oberen Zweig im Modul ausgebildet
werden.
Fig. 2 zeigt im Schnitt den Aufbau des U-Phasenteils, wenn
die Schaltung von Fig. 1 auf einem einzigen Metallsubstrat
gebildet ist. Eine Isolationsschicht 32 ist auf einem Alu
miniumsubstrat 31 gebildet, und darauf ist eine Kupfer
struktur 33, die einem Verdrahtungsmuster auf einer Leiter
platte gleicht, gebildet. Die Leistungstransistoren 1, 2
und die Steuerkreise 13, 14 sind auf der Kupferstruktur 33
durch Löten oder dergleichen befestigt. Aluminiumdrähte 34,
35 sind Basisleiter, und Aluminiumdrähte 36, 37 sind Emit
terleiter. Die Kupferstrukturen 33 sind in geeigneter Weise
miteinander verbunden (nicht gezeigt), und ein Teil der
Verbindungen ist äquivalent mit Verbindungsleitungen 38, 39
dargestellt. Auf diese Weise ist die U-Phasenschaltung von
Fig. 1 auf dem einzigen Aluminiumsubstrat 31 gebildet und
über externe Anschlüsse U, N, P, 19 und 20, die auf dem
Aluminiumsubstrat 31 gebildet sind, an externe Elemente
angeschlossen.
Fig. 3 ist ein Schnitt durch einen vergrößerten Teil des
oberen Zweigs von Fig. 2. Da die Kupferstruktur 33 und das
Aluminiumsubstrat 31 mit der Isolationsschicht 32 zwischen
sich einander gegenüberliegen, sind dazwischen Kapazitäten
ausgebildet. Mit anderen Worten ist die Kupferstruktur 33
mit dem Aluminiumsubstrat 31 kapazitiv gekoppelt. In Fig. 3
sind eine Kapazität zwischen einer Kupferstruktur 33a, an
die der Ausgang U (d. h. der Emitter des Leistungstransi
stors 1, der Kollektor des Leistungstransistors 2 und die
negative Seite der Spannungsversorgung VUP) angeschlossen
ist, und dem Aluminiumsubstrat 31 sowie eine Kapazität zwi
schen einer Kupferstruktur 33b, an die der Eingang 19 an
geschlossen ist, und dem Aluminiumsubstrat 31 mit C1 bzw.
C2 bezeichnet. Eine Kapazität zwischen den Kupferstrukturen
33a und 33b ist mit C3 bezeichnet. Ein Anschluß S, der an
das Aluminiumsubstrat 31 angeschlossen ist, ist nur zum
besseren Verständnis dargestellt.
Nachstehend werden nur die Kapazitäten C1, C2 und C3 be
trachtet, um zu erläutern, welchen Einfluß zwischen den
Anschlüssen U und S vorhandenes Rauschen auf den Anschluß
19 ausübt, während die übrigen Kapazitäten vernachlässigt
werden.
Fig. 4 ist ein Ersatzschaltbild mit den Kapazitäten C1, C2
und C3. Da die Kupferstruktur 33a flächenmäßig größer als
die Kupferstruktur 33b ist, ist die Kapazität C1 größer als
die Kapazität C2. Die Kapazität C3 ist gegenüber den Kapa
zitäten C1 und C2 sehr klein, weil sie eine zwischen den
Strukturen vorhandene Kapazität ist. Somit wird die fol
gende Beziehung erhalten:
C1<C2<<C3 (1)
Es sei angenommen, daß dV/dt(U) als Rauschen in bezug auf
den Anschluß S am Anschluß U anliegt. Zu diesem Zeitpunkt
kann ein Rauschen dV/dt(19), das am Anschluß 19 in bezug
auf den Anschluß U anliegt, mittels der folgenden Gleichung
wie folgt geschrieben werden:
Aus der Beziehung der Gleichung (1) wird die folgende Glei
chung erhalten:
Somit entsteht Rauschen im Anschluß 19 in bezug auf den
Anschluß U im gleichen Ausmaß wie im Anschluß U in bezug
auf den Anschluß S. Aus Fig. 1 ergibt sich, daß der An
schluß U ein an die Ausgangselektrode (den Emitter) des
Leistungstransistors 1 angeschlossener Ausgang ist und ein
Bezugspotential des Steuerkreises 13 des Leistungstransi
stors liefert. Andererseits ist der Anschluß 19 ein Eingang
des Steuerkreises 13. Dabei besteht das Problem, daß im
Steuerkreis 13 Fehlfunktionen auftreten, weil im Anschluß
19, der einen Steuereingangswert für den Steuerkreis 13
anlegt, Rauschen in bezug auf den Anschluß U auftritt, der
das Bezugspotential des Steuerkreises 13 liefert. Solches
Rauschen tritt nicht nur im Eingang 19 auf, sondern in ver
schiedenen Signalpfaden im Steuerkreis 13, und führt zu
Fehlfunktionen, z. B. zur fälschlichen Ausführung von
Schutzfunktionen (Schutz gegen Überstrom, Überspannung und
dergleichen). Ein derartiger Nachteil ergibt sich außerdem,
wenn Rauschen an den Anschlüssen V, W, und N (d. h. Strom
pfaden in den Leistungstransistoren 1-6) in bezug auf das
Aluminiumsubstrat 31 anliegt.
Aufgabe der Erfindung ist daher die Bereitstellung eines
Halbleiterbauelements, das aus Brückenleistungsschaltvor
richtungen und ihren entsprechenden Steuerkreisen auf einem
Metallsubstrat besteht, wobei durch Rauschen hervorgerufene
Fehlfunktionen in keinem Fall auftreten.
Das Halbleiterbauelement nach der Erfindung umfaßt ein
Metallsubstrat, eine darauf gebildete erste Isolations
schicht, ein erstes und ein zweites Leistungsschaltelement,
die auf der ersten Isolationsschicht gebildet und mitein
ander in Totem-Pole-Schaltung verbunden sind, eine erste
und eine zweite Abschirmstruktur, die aus auf der ersten
Isolationsschicht gebildeten Leitern bestehen, eine auf der
ersten Abschirmstruktur gebildete zweite Isolationsschicht,
eine auf der zweiten Abschirmstruktur gebildete dritte Iso
lationsschicht, einen auf der zweiten Isolationsschicht
gebildeten ersten Steuerkreis zum Ein/Ausschalten des
ersten Leistungsschaltelements, einen auf der dritten Iso
lationsschicht gebildeten zweiten Steuerkreis zum Ein/Aus
schalten des zweiten Leistungsschaltelements, eine erste
Verbindungseinrichtung zum Verbinden der ersten Abschirm
struktur mit einem ersten Verknüpfungspunkt eines Poten
tials entsprechend einem Potential einer Ausgangselektrode
des ersten Leistungsschaltelements, und eine zweite Ver
bindungseinrichtung zum Verbinden der zweiten Abschirm
struktur mit einem zweiten Verknüpfungspunkt eines Poten
tials entsprechend einem Potential einer Ausgangselektrode
des zweiten Leistungsschaltelements.
Gemäß der Erfindung sind auf einem Metallsubstrat ein
erster und ein zweiter Steuerkreis durch eine erste Isola
tionsschicht, eine erste und eine zweite Abschirmstruktur
und eine zweite und eine dritte Isolationsschicht gebildet,
so daß der erste und der zweite Steuerkreis mit dem Metall
substrat nicht direkt kapazitiv gekoppelt sind. Anderer
seits sind Kapazitäten zwischen dem ersten und dem zweiten
Steuerkreis sowie der ersten und der zweiten Abschirmstruk
tur groß. Die erste und die zweite Abschirmstruktur haben
feste Potentiale entsprechend den Potentialen von Ausgangs
elektroden eines ersten und eines zweiten Leistungsschalt
elements, und wenn Rauschen auf Strompfaden des ersten und
des zweiten Leistungsschaltelements in bezug auf das Me
tallsubstrat vorhanden ist, entsteht Rauschen in den Steu
erkreisen in bezug auf das Metallsubstrat. Infolgedessen
weisen die Steuerkreise, von den Ausgangselektroden des
ersten und des zweiten Leistungsschaltelements her gesehen,
ein Null entsprechendes Rauschen auf, so daß Fehlfunktionen
der Steuerkreise vermieden werden.
Die Erfindung wird nachstehend auch hinsichtlich weiterer
Merkmale und Vorteile anhand der Beschreibung von Ausfüh
rungsbeispielen und unter Bezugnahme auf die beiliegenden
Zeichnungen näher erläutert. Die Zeichnungen zeigen in:
Fig. 1 ein Schaltbild einer konventionellen Dreh
richter-Brückenschaltung;
Fig. 2 einen Schnitt durch den Aufbau der U-Phasen-
Schaltung, wenn die Schaltung von Fig. 1 auf
einem Metallsubstrat gebildet ist;
Fig. 3 einen Schnitt, der einen vergrößerten Teil des
oberen Zweigs von Fig. 2 zeigt;
Fig. 4 ein Ersatzschaltbild, das Kopplungskapazitäten
zeigt;
Fig. 5 ein Schaltbild einer Drehrichter-Brückenschal
tung gemäß einem Ausführungsbeispiel eines
Halbleiterbauelements nach der Erfindung;
Fig. 6 einen Schnitt durch den Aufbau der U-Phasen
schaltung, wenn die Schaltung von Fig. 5 auf
einem Metallsubstrat gebildet ist;
Fig. 7 einen Schnitt, der einen vergrößerten Teil des
oberen Zweigs von Fig. 6 zeigt;
Fig. 8 ein Ersatzschaltbild, das Kopplungskapazitäten
zeigt;
Fig. 9 und 10 Schaltbilder, die Modifikationen des Ausfüh
rungsbeispiels von Fig. 5 zeigen; und
Fig. 11 einen Schnitt durch ein weiteres Ausführungs
beispiel der Erfindung.
Das Schaltbild von Fig. 5 zeigt eine Drehrichter-Brücken
schaltung gemäß einem Ausführungsbeispiel des Halbleiter
bauelements. Dabei ist der Schaltkreisaufbau der gleiche
wie bei der konventionellen Drehrichter-Brückenschaltung
und wird nicht nochmals erläutert.
Bei dem Ausführungsbeispiel sind Steuerkreise 13, 15 und 17
im oberen Zweig auf einzelnen Abschirmstrukturen 101, 102
bzw. 103 gebildet. Steuerkreise 14, 16 und 18 im unteren
Zweig sind auf einer gemeinsamen Abschirmstruktur 104 ge
bildet. Die Abschirmstrukturen 101, 102 und 103 sind auf
Potentiale von Ausgängen U, V und W fixiert (d. h. auf Po
tentiale von Ausgangselektroden (Emittern) von Leistungs
transistoren 1, 3 und 5), während die Abschirmstruktur 104
auf das Potential eines Versorgungsanschlusses N fixiert
ist (auf das Potential von Ausgangselektroden (Emittern)
von Leistungstransistoren 2, 4 und 6). Die Steuerkreise 13,
15 und 17 arbeiten mit den Emitterpotentialen der Lei
stungstransistoren 1, 3 und 5 als Bezugspotentiale, während
die Steuerkreise 14, 16 und 18 mit dem als Bezugswert an
liegenden gemeinsamen Emitterpotential der Leistungstran
sistoren 2, 4 und 6 arbeiten, so daß die Potentiale der
Abschirmstrukturen 101, 102 und 103 auf den gleichen Poten
tialen wie die Bezugspotentiale der Steuerkreise 13, 15 und
17 gehalten sind, während das Potential der Abschirmstruk
tur 104 auf dem gleichen Potential wie das gemeinsame Be
zugspotential der Steuerkreise 14, 16 und 18 gehalten ist.
Fig. 6 ist eine Schnittansicht des Aufbaus eines U-Phasen
teils, wenn die Schaltung nach Fig. 5 auf einem einzigen
Metallsubstrat gebildet ist. Auf einem Aluminiumsubstrat 31
ist eine Isolationsschicht 32 gebildet, und darauf sind
eine Kupferstruktur 33 und die Abschirmstrukturen 101 und
104 ähnlich dem Verdrahtungsmuster einer Leiterplatte ge
bildet. Die Abschirmstrukturen 101 und 104 sind ebenfalls
Kupferstrukturen ähnlich der Kupferstruktur 33. Die Kupfer
struktur 33 kann die gleiche Dicke wie die Abschirmstruk
turen 101 und 104 haben oder dicker sein. Wenn alle Struk
turen gleiche Dicke haben, können sie gleichzeitig gebildet
werden.
Auf den Abschirmstrukturen 101 und 104 sind Isolations
schichten 105 und 106 gebildet, und darauf ist eine der
Kupferstruktur 33 ähnliche Kupferstruktur 41 gebildet. Die
Leistungstransistoren 1 und 2 sind auf der Kupferstruktur
33 in konventioneller Weise durch Löten oder dergleichen
befestigt, und die Steuerkreise 13 und 14 sind auf der
Kupferstruktur 41 durch Löten oder dergleichen befestigt.
Die Isolationsschicht 105 weist ein Durchkontaktloch 107
auf, und durch dieses sind eine Kupferstruktur 41a, die an
die negative Seite einer Spannungsversorgung VUP (d. h. an
die Seite der Ausgangselektrode (des Emitters) des Lei
stungstransistors 1) angeschlossen ist, und die Abschirm
struktur 101 miteinander verbunden. Die Isolationsschicht
106 weist ein Durchkontaktloch 108 auf, und durch dieses
sind eine Kupferstruktur 41b, die an die negative Seite
einer Spannungsversorgung VN angeschlossen ist (d. h. an
die Seite der Ausgangselektrode (des Emitters) des Lei
stungstransistors 2), und die Abschirmstruktur 104 mitein
ander verbunden.
Aluminiumleiter 34 und 35 sind Basisleiter, und Aluminium
leiter 36 und 37 sind Emitterleiter. Die Kupferstrukturen
33 oder 41 sind in geeigneter Weise (nicht gezeigt) ver
bunden, oder sie können in geeigneter Weise über Aluminium
leiter oder dergleichen verbunden sein. Ein Teil dieser
Verbindungen ist äquivalent als Verbindungsleitungen 42 und
43 dargestellt. Auf diese Weise ist die U-Phasenschaltung
von Fig. 5 auf dem einzigen Aluminiumsubstrat 31 gebildet
und über externe Anschlüsse U, N, P, 19 und 20, die auf dem
Aluminiumsubstrat 31 vorgesehen sind, an externe Elemente
angeschlossen. Die externen Anschlüsse U, N, P sind auf der
Isolationsschicht 32 gebildet, während die externen An
schlüsse 19 und 20 auf den Isolationsschichten 101 und 104
gebildet sind.
Fig. 7 ist ein Schnitt, der einen vergrößerten Teil des
oberen Zweigs von Fig. 6 zeigt. Da die Kupferstruktur 33
und das Aluminiumsubstrat 31 mit der dazwischen befindli
chen Isolationsschicht einander gegenüberliegen, ist zwi
schen ihnen eine Kapazität vorhanden. Da ferner die Kupfer
struktur 41 und die Abschirmstruktur 101 mit der Isola
tionsschicht 105 dazwischen einander gegenüberliegen, ist
zwischen ihnen eine Kapazität vorhanden. In Fig. 7 ist eine
Kapazität zwischen einer Kupferstruktur 33a, an die der
Ausgang U angeschlossen ist (d. h. der Emitter des Lei
stungstransistors 1, der Kollektor des Leistungstransistors
2 und die negative Seite der Spannungsversorgung VUP), und
dem Aluminiumsubstrat 31 mit C1 bezeichnet. Die Kapazität
C1 enthält eine Kapazität zwischen der Abschirmstruktur 101
und dem Aluminiumsubstrat 31, weil das Potential der Ab
schirmstruktur 101 das gleiche wie das des Ausgangs U ist.
Eine Kapazität zwischen einer Kupferstruktur 41c, an die
der Ausgang 19 angeschlossen ist, und der Abschirmstruktur
101 ist mit C4 bezeichnet. Ferner ist eine Kapazität, durch
die die Kupferstruktur 41c und das Aluminiumsubstrat 31
direkt kapazitiv gekoppelt sind, mit C5 bezeichnet. Ein an
das Aluminiumsubstrat 31 angeschlossener Anschluß S ist nur
zur besseren Erläuterung gezeigt. Nachstehend sollen nur
die Kapazitäten C1, C4 und C5 betrachtet werden, um zu er
örtern, welchen Einfluß zwischen den Anschlüssen U und S
vorhandenes Rauschen auf den Anschluß 19 ausübt; die übri
gen Kapazitäten bleiben außer Betracht.
Fig. 8 ist ein Ersatzschaltbild der Kapazitäten C1, C4 und
C5. Die Gesamtfläche der Kupferstruktur 33a und der Ab
schirmstruktur 101 ist größer als die der Kupferstruktur
41c, so daß die Kapazität C1 größer als die Kapazität C4
ist. Die Kapazität C5 ist eine Kapazität einer direkten
kapazitiven Kopplung der Kupferstruktur 41c mit dem Alumi
niumsubstrat 31, sie ist jedoch im wesentlichen Null, da
die Abschirmstruktur 101 zwischen der Kupferstruktur 41c
und dem Aluminiumsubstrat 31 liegt, um eine direkte kapa
zitive Kopplung auszuschließen. Somit werden die folgenden
Beziehungen erhalten:
C1<C4<<C5=0 (4)
Es sei angenommen, daß dV/dt(U) an dem Anschluß U als Rauschen
in bezug auf den Anschluß S anliegt. Zu diesem Zeitpunkt
kann ein Rauschen dV/dt (19), das am Anschluß 19 in bezug
auf den Anschluß U vorhanden ist, mittels der folgenden
Gleichung wie folgt geschrieben werden:
Aus den Beziehungen der Gleichung (4) wird die folgende
Gleichung erhalten:
Selbst wenn also am Anschluß U Rauschen in bezug auf den
Anschluß S vorhanden ist, tritt Rauschen niemals am An
schluß 19 in bezug auf den Anschluß U auf. Da also ein Po
tential der Abschirmstruktur 101 auf dem gleichen Wert wie
das des Anschlusses U gehalten wird, ist das Potential der
Abschirmstruktur 101 veränderlich, wenn am Anschluß U in
bezug auf den Anschluß S (d. h. das Aluminiumsubstrat 31)
Rauschen auftritt, und daher ist auch ein Potential der
Kupferstruktur 41c (d. h. des Anschlusses 19), die mit der
Abschirmstruktur 101 kapazitiv gekoppelt ist, veränderlich.
Vom Anschluß U aus gesehen ist also ein Rauschen am An
schluß 19 gleich Null.
Der Anschluß U ist ein Ausgang, der an die Ausgangselek
trode (den Emitter) des Leistungstransistors 1 angeschlos
sen ist, und führt dem Steuerkreis 13 dieses Leistungs
transistors Bezugspotential zu. Andererseits ist der An
schluß 19 ein Eingang des Steuerkreises 13. Selbst wenn
also am Anschluß U Rauschen in bezug auf das Aluminiumsub
strat 31 anliegt, werden keine Fehlfunktionen im Steuer
kreis 13 bewirkt, weil am Anschluß 19, dem ein Steuerein
gangssignal des Steuerkreises 13 zugeführt ist, in bezug
auf den Anschluß U, der das Bezugspotential des Steuerkrei
ses 13 führt, niemals Rauschen auftritt.
Ferner tritt Rauschen nicht nur am Eingang 19 nicht auf,
sondern es tritt auch auf verschiedenen Signalpfaden des
auf der Abschirmstruktur 101 gebildeten Steuerkreises 13
nicht auf, so daß Fehlfunktionen wie die fälschliche Durch
führung von Schutzfunktionen (Schutz vor Überstrom, Über
spannung und dergleichen) ausgeschlossen sind. Das gleiche
gilt für die übrigen Steuerkreise 14-18.
Wenn ferner Rauschen an den Anschlüssen V, W, P und N
(d. h. auf den Strompfaden der Leistungstransistoren 1-6)
in bezug auf das Aluminiumsubstrat 31 anliegt, können Fehl
funktionen in der oben beschriebenen Weise vermieden wer
den. Da ein Kondensator großer Kapazität allgemein zwischen
die Anschlüsse P und N geschaltet ist, an die eine Hoch
spannungsquelle angeschlossen ist, tritt Rauschen in den
Anschlüssen P und N in genau der gleichen Weise auf.
Die Abschirmstrukturen 101-104 sind zwar direkt an die
Potentiale der Ausgangselektroden (Emitter) der entspre
chenden Leistungstransistoren 1-6 bei dem obigen Ausfüh
rungsbeispiel angeschlossen, dies ist jedoch nicht unbe
dingt notwendig. Wenn z. B. gemäß Fig. 9 ein Kondensator 44
relativ großer Kapazität zwischen den positiven und den
negativen Anschluß der Spannungsquelle VN geschaltet ist,
ist ein Potential auf der positiven Seite der Spannungs
quelle VN entsprechend dem im Emitter (d. h. dem Anschluß
N) des Leistungstransistors 2 auftretenden Rauschen ver
änderlich. Wenn, wie Fig. 10 zeigt, mit dem Emitter des
Leistungstransistors 2 ein Sperrvorspannungskreis aus einem
Widerstand 45 und Dioden 46 und 47 verbunden ist, um die
Basis des Leistungstransistors 2 in dessen AUS-Zustand in
Sperrichtung vorzuspannen, so daß der Pegel des Emitter
potentials des Leistungstransistors 2 angehoben wird, tritt
auf der negativen Seite der Spannungsquelle VN Rauschen
auf, wenn im Emitter des Leistungstransistors 2 Rauschen
vorhanden ist. Die Dioden 46 und 47 können Z-Dioden sein.
Die Abschirmstruktur 104 kann den oben genannten Effekt
ausüben, wenn sie auf ein Potential fixiert ist, das dem
Potential der Ausgangselektrode (des Emitters) des Lei
stungstransistors 2 entspricht, so daß sie nicht direkt mit
dem Emitter des Leistungstransistors 2 verbunden, sondern
beispielsweise an die positive Seite der Spannungsquelle VN
im Fall von Fig. 9 oder die negative Seite der Spannungs
quelle VN im Fall von Fig. 10 angeschlossen ist. Das glei
che gilt in bezug auf die übrigen Abschirmstrukturen
101-103.
Bei dem Ausführungsbeispiel nach Fig. 6 sind die Abschirm
strukturen 101 und 104 bevorzugt nach einer der folgenden
Methoden auf das Aluminiumsubstrat 31 aufgebracht. Gemäß
einer ersten Methode wird die Kupferstruktur 33 zuerst auf
der Isolationsschicht 32 gebildet. Dann werden eine
Schichtstruktur, bei der die Kupferstruktur 41 und die Ab
schirmstruktur 101 auf der Ober- und Unterseite der Isola
tionsschicht 105 gebildet sind, und eine Schichtstruktur,
bei der die Kupferstruktur 41 und die Abschirmstruktur 104
auf der Ober- und Unterseite der Isolationsschicht 106 ge
bildet sind, aus doppelseitigen Leiterplatten oder der
gleichen hergestellt und in jeweils vorbestimmter Lage auf
der Isolationsschicht 32 angeordnet. Gemäß einer zweiten
Methode werden die Kupferstruktur 33 und die Abschirmstruk
turen 101 und 104 gleichzeitig auf der Isolationsschicht 32
gebildet. Dann werden Schichtstrukturen, die die Kupfer
struktur 41 auf den Oberflächen der Isolationsschichten 105
und 106 aufweisen, aus einer einseitigen Leiterplatte oder
dergleichen gebildet und auf die Abschirmstrukturen 101 und
104 aufgebracht.
Fig. 11 ist eine Schnittansicht eines weiteren Ausführungs
beispiels des Halbleiterbauelements. Anders als bei dem
Ausführungsbeispiel nach Fig. 6 sind die Abschirmstrukturen
101 und 104 auf relativ dicken, auf der Isolationsschicht
32 gebildeten Isolationsschichten 109, 110 angeordnet. Die
Kupferstrukturen 33 für die Leistungstransistoren 1 und 2
sind relativ dick. Da in den Leistungstransistoren 1 und 2
ein großer Strom fließt, ist es erwünscht, daß die Kupfer
strukturen 33 dick sind. Die aus der Isolationsschicht 109,
der Abschirmstruktur 101, der Isolationsschicht 105 und der
Kupferstruktur 41 bestehende Schichtstruktur kann aus einer
Doppellagen-Leiterplatte oder dergleichen bestehen und in
vorbestimmter Lage auf der Isolationsschicht 32 angeordnet
sein. Bei diesem Ausführungsbeispiel ergibt sich der Vor
teil, daß die Schichtstruktur über die Kupferstruktur 33
gelegt ist, so daß eine Flächenverringerung erzielt wird.
Bei dem obigen Ausführungsbeispiel sind als Möglichkeiten
zur Fixierung der Potentiale der Abschirmstrukturen 101 und
104 elektrische Anschlüsse mit Hilfe der Durchkontaktlöcher
107 und 108 beschrieben worden; Aluminiumdraht, Löten,
Kurzschlußteile aus einem Metallstück und dergleichen kön
nen aber ebenfalls für die Anschlüsse verwendet werden. In
diesem Fall können die Anschlüsse ohne weiteres hergestellt
werden, indem ein Teil jeder Isolationsschicht 105 und 106
entfernt wird, um einen Teil jeder der Oberflächen der Ab
schirmstrukturen 101 und 104 freizulegen.
In Verbindung mit den obigen Ausführungsbeispielen wurde
zwar die Anwendung von Bipolartransistoren als Leistungs
schaltelemente beschrieben, es können aber auch Leistungs-
MOSFETs oder Isolierschicht-Bipolartransistoren verwendet
werden. Die verwendbaren Transistoren sind nicht auf npn-
Transistoren beschränkt, es kann sich auch um pnp-Transi
storen handeln.
Claims (10)
1. Halbleiterbauelement,
gekennzeichnet durch
ein Metallsubstrat (31);
eine darauf gebildete erste Isolationsschicht (32);
ein erstes und ein zweites Leistungsschaltelement (1, 2), die auf der ersten Isolationsschicht (32) gebildet und miteinander in Totem-Pole-Schaltung verbunden sind;
eine erste und eine zweite Abschirmstruktur (101, 104), die aus auf der ersten Isolationsschicht (32) gebildeten Leitern bestehen;
eine auf der ersten Abschirmstruktur (101) gebildete zweite Isolationsschicht (105);
eine auf der zweiten Abschirmstruktur (104) gebildete dritte Isolationsschicht (106);
einen auf der zweiten Isolationsschicht (105) gebildeten ersten Steuerkreis (13) zum Ein/Ausschalten des ersten Lei stungsschaltelements (1);
einen auf der dritten Isolationsschicht (106) gebildeten zweiten Steuerkreis (14) zum Ein/Ausschalten des zweiten Leistungsschaltelements (2);
eine erste Verbindungseinrichtung (41a) zum Verbinden der ersten Abschirmstruktur (101) mit einem ersten Verknüp fungspunkt eines Potentials entsprechend einem Potential einer Ausgangselektrode des ersten Leistungsschaltelements (1); und
eine zweite Verbindungseinrichtung (41b) zum Verbinden der zweiten Abschirmstruktur (104) mit einem zweiten Ver knüpfungspunkt eines Potentials entsprechend einem Poten tial einer Ausgangselektrode des zweiten Leistungsschalt elements (2).
ein Metallsubstrat (31);
eine darauf gebildete erste Isolationsschicht (32);
ein erstes und ein zweites Leistungsschaltelement (1, 2), die auf der ersten Isolationsschicht (32) gebildet und miteinander in Totem-Pole-Schaltung verbunden sind;
eine erste und eine zweite Abschirmstruktur (101, 104), die aus auf der ersten Isolationsschicht (32) gebildeten Leitern bestehen;
eine auf der ersten Abschirmstruktur (101) gebildete zweite Isolationsschicht (105);
eine auf der zweiten Abschirmstruktur (104) gebildete dritte Isolationsschicht (106);
einen auf der zweiten Isolationsschicht (105) gebildeten ersten Steuerkreis (13) zum Ein/Ausschalten des ersten Lei stungsschaltelements (1);
einen auf der dritten Isolationsschicht (106) gebildeten zweiten Steuerkreis (14) zum Ein/Ausschalten des zweiten Leistungsschaltelements (2);
eine erste Verbindungseinrichtung (41a) zum Verbinden der ersten Abschirmstruktur (101) mit einem ersten Verknüp fungspunkt eines Potentials entsprechend einem Potential einer Ausgangselektrode des ersten Leistungsschaltelements (1); und
eine zweite Verbindungseinrichtung (41b) zum Verbinden der zweiten Abschirmstruktur (104) mit einem zweiten Ver knüpfungspunkt eines Potentials entsprechend einem Poten tial einer Ausgangselektrode des zweiten Leistungsschalt elements (2).
2. Halbleiterbauelement nach Anspruch 1,
gekennzeichnet durch
eine auf der ersten Isolationsschicht (32) gebildete metal
lische Leiterstruktur (33), wobei das erste und das zweite
Leistungsschaltelement (1, 2) auf der metallischen Leiter
struktur (33) gebildet sind.
3. Halbleiterbauelement nach Anspruch 1,
gekennzeichnet durch
eine erste und eine zweite metallische Leiterstruktur (41),
die auf der zweiten bzw. dritten Isolationsschicht (105,
106) gebildet sind, wobei der erste Steuerkreis (13) auf
der ersten metallischen Leiterstruktur und der zweite
Steuerkreis (14) auf der zweiten metallischen Leiterstruk
tur gebildet ist.
4. Halbleiterbauelement nach Anspruch 1,
dadurch gekennzeichnet,
daß die zweite und die dritte Isolationsschicht (105, 106)
mit einem ersten und einem zweiten Durchkontaktloch (107,
108) versehen sind, durch die die erste und die zweite
Verbindungseinrichtung (41a, 41b) die erste und die zweite
Abschirmstruktur (101, 104) mit dem ersten bzw. dem zweiten
Verknüpfungspunkt verbinden.
5. Halbleiterbauelement nach Anspruch 4,
dadurch gekennzeichnet,
daß die erste und die zweite Verbindungseinrichtung eine
erste und eine zweite metallische Leiterstruktur aufweisen,
die in dem ersten bzw. dem zweiten Durchkontaktloch (107,
108) gebildet sind.
6. Halbleiterbauelement nach Anspruch 1,
dadurch gekennzeichnet,
daß der erste und der zweite Verknüpfungspunkt Ausgangs
elektroden des ersten bzw. des zweiten Leistungsschaltele
ments (1, 2) sind.
7. Halbleiterbauelement nach Anspruch 1,
dadurch gekennzeichnet,
daß der erste und der zweite Steuerkreis (13, 14) Span nungsversorgungsanschlüsse mit hohem und niedrigem Poten tial haben und
daß der erste und der zweite Verknüpfungspunkt die Span nungsversorgungsanschlüsse mit hohem Potential des ersten und des zweiten Steuerkreises (13, 14) sind.
daß der erste und der zweite Steuerkreis (13, 14) Span nungsversorgungsanschlüsse mit hohem und niedrigem Poten tial haben und
daß der erste und der zweite Verknüpfungspunkt die Span nungsversorgungsanschlüsse mit hohem Potential des ersten und des zweiten Steuerkreises (13, 14) sind.
8. Halbleiterbauelement nach Anspruch 1,
dadurch gekennzeichnet,
daß der erste und der zweite Steuerkreis (13, 14) Span nungsversorgungsanschlüsse mit hohem und niedrigem Poten tial haben und
daß der erste und der zweite Verknüpfungspunkt die Span nungsversorgungsanschlüsse mit niedrigem Potential des ersten und des zweiten Steuerkreises (13, 14) sind.
daß der erste und der zweite Steuerkreis (13, 14) Span nungsversorgungsanschlüsse mit hohem und niedrigem Poten tial haben und
daß der erste und der zweite Verknüpfungspunkt die Span nungsversorgungsanschlüsse mit niedrigem Potential des ersten und des zweiten Steuerkreises (13, 14) sind.
9. Halbleiterbauelement nach Anspruch 1,
dadurch gekennzeichnet,
daß die erste und die zweite Abschirmstruktur (101, 104)
größere Dicke als die zweite und die dritte Isolations
schicht (105, 106) haben.
10. Halbleiterbauelement nach Anspruch 1,
gekennzeichnet durch
ein drittes und ein viertes Leistungsschaltelement, die auf der ersten Isolationsschicht gebildet und miteinander in Totem-Pole-Schaltung verbunden sind;
eine dritte Abschirmstruktur, die aus einem auf der ersten Isolationsschicht gebildeten Leiter besteht;
eine vierte Isolationsschicht, die auf der dritten Ab schirmstruktur gebildet ist;
einen auf der vierten Isolationsschicht gebildeten dritten Steuerkreis zum Ein/Ausschalten des dritten Leistungs schaltelements;
einen auf der zweiten Isolationsschicht gebildeten vierten Steuerkreis zum Ein/Ausschalten des vierten Leistungs schaltelements; und
eine dritte Verbindungseinrichtung zum Verbinden der drit ten Abschirmstruktur mit einem dritten Verknüpfungspunkt eines Potentials entsprechend einem Potential einer Aus gangselektrode des dritten Leistungsschaltelements.
ein drittes und ein viertes Leistungsschaltelement, die auf der ersten Isolationsschicht gebildet und miteinander in Totem-Pole-Schaltung verbunden sind;
eine dritte Abschirmstruktur, die aus einem auf der ersten Isolationsschicht gebildeten Leiter besteht;
eine vierte Isolationsschicht, die auf der dritten Ab schirmstruktur gebildet ist;
einen auf der vierten Isolationsschicht gebildeten dritten Steuerkreis zum Ein/Ausschalten des dritten Leistungs schaltelements;
einen auf der zweiten Isolationsschicht gebildeten vierten Steuerkreis zum Ein/Ausschalten des vierten Leistungs schaltelements; und
eine dritte Verbindungseinrichtung zum Verbinden der drit ten Abschirmstruktur mit einem dritten Verknüpfungspunkt eines Potentials entsprechend einem Potential einer Aus gangselektrode des dritten Leistungsschaltelements.
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