DE69425819T2 - Schutz für integrierte Leistungsausgangsstufen mit multiplen Leistungsdrähten - Google Patents

Schutz für integrierte Leistungsausgangsstufen mit multiplen Leistungsdrähten

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Description

  • Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf eine Schaltungsanordnung zur Sicherung der Unversehrtheit einer Ausgangsleistungsvorrichtung im Fall eines zufälligen Brechens einer oder mehrerer Bonddrähte einer Leitung des Gehäuses.
  • Der ständige Fortschritt der Integrationstechnologien hat die Integration einer Ausgangsleistungsstufe auf einem einzigen Chip ermöglicht, der die Treiberschaltung und die Schaltung zum Steuern der Funktion der Ausgangsleistungsschaltung enthält. Aufgrund der ständigen Verbesserung der Technologie steigt außerdem der Pegel des Stroms, der durch eine integrierte Leistungsstufe geliefert werden kann, ständig an. Folglich ist auch der Durchmesser des Bonddrahts, der verwendet wird, um eine Anschlußfläche der integrierten Schaltung mit der entsprechenden Leitung des Gehäuses zu verbinden, bis zur Kompatibilitätsgrenze der typischen Bondtechniken angestiegen, die zum Anschweißen des Drahts an der metallischen Anschlußfläche der integrierten Schaltung und am inneren Ende der jeweiligen Leitung oder des Anschlußstifts des Gehäuses verwendet werden.
  • Mit dem Anwachsen der projektierten Ströme über den Grenzwert hinaus, der durch einen einzigen Bonddraht trotz relativ vergrößertem Durchmesser sicher bewältigt werden kann (speziell bei Nenn-Kurzschlußstrom), wird es notwendig, parallel einen zweiten Bonddraht oder mehrere Bonddrähte zu verwenden. Ein zweiter Bonddraht kann wie der erste mit einer einzigen Anschlußfläche mit ausreichender Größe, wie im Schema von Fig. I gezeigt ist, verbunden sein. Diese Lösung besitzt den Nachteil, daß im Fall einer Unterbrechung eines oder mehrerer Bonddrähte zwischen der Anschlußfläche und der jeweiligen Leitung des Gehäuses, z. B. während der kritischen Herstellungsphase der Harzverkapselung, die Routineprüfung des Endprodukts die Unterbrechung nicht erkennen wird und die Vorrichtung während des normalen Betriebs im Fall eines Überstroms ausfallen kann.
  • Eine bekannte Technik zur Beseitigung dieses Problems besteht darin, die Lei stungsvorrichtung in eine Anzahl von n modularen Vorrichtungen zu unterteilen, die funktionell parallel betrieben werden (wobei die Zahl n vom projektierten Strom abhängen kann). Jeder Stromanschluß jeder modularen Leistungsbaugruppe kann mit einer entsprechenden Anschlußfläche verbunden sein, die dann über einen Bonddraht mit einer einzigen Metalleitung oder Anschlußstift des Gehäuses verbindbar ist. Die n Anschlußflächen bilden gemeinsam einen Stromanschluß der modular integrierten Leistungsvorrichtung.
  • Während der Endprüfung des fertigen Produkts wird die modulare Leistungsbaugruppe eingeschaltet und ihr Reihenwiderstand wird gemessen. Ein anomaler Widerstandswert, der höher als der erwartete Wert des Gesamtreihenwiderstands ist, zeigt die Unterbrechung eines oder mehrerer der n Strompfade an, höchstwahrscheinlich aufgrund des Bruchs des jeweiligen Bonddrahts.
  • Andererseits haben die meisten Ausgangsleistungsstufen spezielle Steuerschaltungen, die z. B. eine Regelungsschaltung der Ausgangsspannung enthalten können. Der Spannungsregler verwendet im allgemeinen einen integrierten Spannungsteiler (R1 - R2), der an eine Ausgangsanschlußfläche geschaltet ist, um, wie in Fig. 3 dargestellt ist, eine Ausgangsspannung zu erfassen.
  • Im Fall des Bruchs des Bonddrahts, der die Anschlußfläche verbindet, über die der Erfassungsspannungsteiler an die jeweiligen Leitung geschaltet ist, wird der Spannungsregler so reagieren, als ob die Ausgangsspannung niedrig wäre, und wird deswegen den Ausgang des Reglers auf die Eingangsspannung bringen.
  • Dieses Ereignis hat in dem Fall, in dem es sich um einen Regler für einen Wechselstromgenerator handelt, den dramatischen Effekt, daß als eine Folge des Verhaltens der Spannungsregelungsschaltung die Erregung nicht mehr unterbrochen sein wird, wodurch die Zerstörung der Batterie verursacht wird.
  • Eine bekannte Lösung zur Beseitigung dieses Risikos besteht darin, mehrere Erfassungsspannungsteiler (einen für jede Ausgangsanschlußfläche) und genausoviele Regelungsschleifen oder Regelungsschaltungen und eine logische ODER-Schaltung zu realisieren, die in der Lage sind, die Felderregung zu un terbrechen, wenn irgendeine der Regelungsschleifen über eine Referenzspannung hinaus ansteigt.
  • Diese Lösung, die in Fig. 4 schematisch dargestellt ist, wird in vielen bekannten Systemen verwendet, wobei der Aufbau aus einem Paar Widerstände, einem Operationsverstärker und einem Kondensator von ungefähr 1 Nanofarad, die für den Aufbau jeder Regelungsschleife notwendig sind, die Kosten des Gesamtsystems materiell nicht belasten. Andererseits kann eine Lösung dieses Typs in vielen vollintegrierten Systemen eine extreme Kostenbelastung zu Folge haben und im wesentlichen undurchführbar sein.
  • Das Patent Abstract von Japan Bd. 16, Nr. 462 (E-1269) sowie JP-A-4 163 932 offenbaren als eine Art der Prüfung der hergestellten Vorrichtungen die Verwendung einer integrierten Schaltung, die erfaßt, ob Eingangsanschlußflächen und Ausgangsanschlußflächen mit dem Außendraht elektrisch verbunden sind.
  • EP-A-280 514 offenbart eine Spannungsstabilisierungsschaltung zum Steuern der Eingangsspannung einer Reihenspannungsregelungsschaltung mit einem mit dem Eingangsknoten verbundenen Spannungsteiler und einer Rückkopplungsschaltung mit einem Vergleicher.
  • Es besteht deswegen die Notwendigkeit und/oder der Bedarf an einer Spannungsregelungsschaltung einer integrierten Leistungsstufe, die mehrere Bonddrähte zwischen einer vollkommen gleichen Anzahl von Anschlußflächen eines typischen Stromanschlusses verwendet, wobei ein Spannungserfassungsnetz an eine von diesen Anschlußflächen geschaltet ist, und die eine einzige Metalleitung oder einen einzigen Anschlußstift des Gehäuses verwendet, wobei die Schaltung auch im Fall eines eventuellen Bruchs eines Bonddrahts zwischen der Anschlußfläche und der Leitung des Gehäuses funktionieren kann.
  • Die Anforderung nach dem Sichern der Funktionstüchtigkeit der Spannungsregelungsschleife, auch beim Vorhandensein einer Unterbrechung eines oder mehrerer Bonddrähte eines Stromanschlusses, dem eine Spannungserfassungsvorrichtung oder Netz (gewöhnlich ein Widerstandsspannungsteiler) funktional zugeordnet ist, ist durch die Schaltungsanordnung der vorliegenden Erfindung erfüllt, die in der Realisierung einer elektrischen Verbindung zwischen den einzelnen Anschlußflächen innerhalb der integrierten Schaltung selbst besteht.
  • Eine derartige Verbindung zwischen den einzelnen Anschlußflächen kann einen praktisch vernachlässigbaren Widerstand bis zu einem Widerstand von einigen hundert Ohm aufweisen. In jedem Fall sollte der Widerstand der Verbindung zwischen den homologen Anschlußflächen wenigstens um zwei Größenordnungen niedriger als der Wert der Widerstände sein, die den Erfassungsspannungsteiler bilden, der an irgendeine der einzelnen Anschlußflächen anschließbar ist, wobei eine "dazwischenliegende" Anschlußfläche stärker bevorzugt wird.
  • In der Praxis kann eine elektrische Verbindung durch das gleiche Metall der Anschlußflächen realisiert sein oder im Fall einer Ausgangsleistungsvorrichtung, die in modularer Form aufgebaut ist, können die einzelnen Transistoren (Module), die die Leistungsbaugruppe bilden, innerhalb derselben Wanne einer Epitaxialschicht gebildet sein. Im Fall einer Übergangs-Isolations-Architektur der integrierten Schaltung kann eine Verbindung mit einem ausreichend geringen Widerstand (in der Größenordnung von einigen zehn Ohm) zwischen unterschiedlichen Anschlußflächen wenigstens teilweise aus einer ununterbrochenen vergrabenen Schicht aller in der gleichen Wanne enthaltenen Transistormodule aufgebaut sein.
  • Die niederohmige Verbindung der verschiedenen Anschlußflächen miteinander gestattet das korrekte Funktionieren einer einzelnen Spannungsregelungsschleife auch in dem Fall, in dem der Bonddraht der Anschlußfläche, mit der der Erfassungsspannungsteiler verbunden ist, zufällig unterbrochen ist.
  • Gemäß einem anderen Aspekt der Erfindung kann die Verbindung zwischen den verschiedenen Anschlußflächen einen Widerstand aufweisen, der wenigstens das Doppelte des Reihenwiderstands des entsprechenden Transistormoduls ist, das die modulare Ausgangsleistungsbaugruppe bildet, aber um wenigstens zwei Größenordnungen wesentlich kleiner bleibt als der Wert der den Erfassungsspannungsteiler bildenden Widerstände. Dies sichert außerdem bei der Überprüfung der integrierten Vorrichtung die Erfaßbarkeit möglicher Un terbrechungen eines oder mehrerer Bonddrähte.
  • Auf diese Weise erfüllt das Sicherungssystem der Erfindung die Forderung sowohl nach Erfaßbarkeit von Unterbrechungen während der Endprüfung integrierter Schaltungen als auch nach dem Sichern der Funktionalität einer einzelnen Regelungsschleife auch beim Vorhandensein einer Unterbrechung des entsprechenden Bonddrahts.
  • Die verschiedenen Aspekte und Vorteile der in Anspruch 1 beanspruchten Erfindung wird deutlicher durch die nachfolgende Beschreibung einiger wichtiger Ausführungen und durch Bezugnahme auf die beigefügte Zeichnung, worin:
  • Fig. 1, 2, 3 und 4 verschiedene bekannte Lösungen zeigt, die bereits oben erläutert sind;
  • Fig. 5 eine Teildarstellung ist, die die Schaltungsanordnung der Erfindung zeigt.
  • Fig. 5 zeigt schematisch die Schaltungsanordnung der Erfindung, wenn sie bei einer Ausgangsleistungsstufe angewendet wird, die einen modularen Leistungstransistor verwendet, der in der Weise dargestellt ist, daß er aus drei getrennten vollkommen gleichen Transistoren Mf1, Mf2 und MB besteht, die parallel betrieben werden.
  • Der Drain jedes der Transistoren (Module) mit einem Bruchteil der Größe ist mit einer entsprechenden Anschlußfläche verbunden: Anschlußfläche 1, Anschlußfläche 2 und Anschlußfläche 3. Jede Anschlußfläche ist durch einen Bonddraht mit einer einzelnen Leitung und Anschlußstift des Gehäuses verbunden.
  • Eine Regelungsschleife kann funktionell aus einem Erfassungsspannungsteiler R1-R2, einem Operationsverstärker A und einer Referenzspannungsquelle Vref aufgebaut sein.
  • Die Widerstände R1 und R2, die den Erfassungsspannungsteiler bilden, kön nen typischerweise einen Wert von einigen Hundert Kiloohm aufweisen.
  • Gemäß der vorliegenden Erfindung sind die einzelnen Anschlußflächen miteinander durch die Widerstände Ra und Rb verbunden, die einen Wert aufweisen, der wenigstens um zwei Größenordnungen geringer ist als der Wert der den Erfassungsspannungsteiler der Regelungsschleife bildenden Widerstände R1-R2.
  • Wie bereits oben erwähnt ist, kann der Wert der Widerstände Ra und Rb, die die Anschlußflächen verbinden, auch im wesentlichen Null sein, d. h., daß die Verbindung zwischen den einzelnen Anschlußflächen kann durch dasselbe Metall der Anschlußflächen realisiert sein. Eine solche Ausführung ermöglicht jedoch nicht, eine zufällige Unterbrechung eines oder mehrerer Bonddrähte, die die Anschlußflächen mit der entsprechenden Leitung verbinden, während einer Endprüfung der integrierten Schaltung zu erfassen.
  • Gemäß einer bevorzugten Ausführung der Vorrichtung der Erfindung weist jeder Verbindungspfad zwischen den Anschlußflächen einen Widerstand (Ra und Rb) auf, der zwischen einem minimalen Grenzwert, der so realisiert werden kann, daß er wenigstens das Doppelte des Reihenwiderstands (Rson) der Teiltransistoren Mf1, Mf2 und MB im leitenden Zustand ist (z. B. 10 Ohm), und einem maximalen Grenzwert liegt, der mehrere Hundert Ohm betragen kann (z. B. 500 Ohm), jedoch wenigstens um zwei Größenordnungen geringer bleibt als der Wert der den Erfassungsspannungsteiler der Ausgangsspannungsregelungsschleife bildenden Transistoren R1 und R2.
  • Gemäß dieser bevorzugten Ausführung ist es möglich, durch das Überwachen eines stufenweise ansteigenden Reihenwiderstands der Ausgangsleistungsbaugruppe eine zufällige Unterbrechung eines oder mehrerer Bonddrähte während der Endprüfung zu erfassen, wobei gleichzeitig eine korrekte Funktion der Regelungsschaltung gesichert ist, auch in dem Fall, wenn der Bonddraht, der die Anschlußfläche (Anschlußfläche 2) verbindet, an die der Erfassungsspannungsteiler R1 - R2 geschaltet ist, zufälligerweise unterbrochen ist. Dies verhindert zerstörende Auswirkungen, die durch einen fehlenden Eingriff der Ausgangsspannungsregelungsschleife verursacht sein kann.
  • Praktisch wird die Genauigkeit des Ausgangsspannungsreglers bei einer zufälligen Unterbrechung des Bonddrahts der Anschlußfläche 2 nicht wesentlich verändert, da der Widerstand des Verbindungspfads zum Ausgang der Schaltung relativ klein bleibt (RaRb/Ra + Rb) und deshalb die Größe des Verhältnisses R1/R2 nicht wesentlich verändert wird.
  • Natürlich ist es im Fall von mehr als zwei homologen Anschlußflächen, beispielsweise drei wie in dem in Fig. 5 gezeigten Beispiel, vorteilhaft, den Erfassungsspannungsteiler R1-R2 mit der "mittleren" oder "dazwischenliegenden" Anschlußfläche zu verbinden. Im Fall der gleichzeitigen Unterbrechung von mehr als einem Bonddraht muß der äquivalente Widerstand der Reihen-Parallel-Kombination aus den Widerständen der Verbindungspfade zwischen den Anschlußflächen und der Leitung des unversehrt bleibenden Gehäuses, die folglich mit dem Widerstand R1 des Erfassungsspannungsteilers in Reihe liegt, ausreichend niedrig bleiben, um das projektierte Verhältnis R1/R2 nicht wesentlich zu verändern.

Claims (3)

1. Sicherungssystem für eine integrierte Schaltung, wobei das System eine Leistungsstufe, die aus mehreren integrierten Leistungsvorrichtungen gebildet ist und mehrere Bonddrähte verwendet, wovon jeder eine Ausgangsstrom- Anschlußfläche einer der Leistungsvorrichtungen, die zueinander parallel betrieben werden, mit derselben Metalleitung des Gehäuses der integrierten Schaltung verbindet, sowie eine einzige Regelungsschleife enthält, die die Ausgangsspannung der Leistungsvorrichtungen durch einen Spannungsteiler steuert, der mit einer der Anschlußflächen verbunden ist, wobei die Anschlußflächen miteinander über einen leitenden Pfad verbunden sind, dessen Widerstand um wenigstens zwei Größenordnungen niedriger als der Wert der den Spannungsteiler bildenden Widerstände ist.
2. System nach Anspruch 1, wobei der Widerstand des Verbindungspfades einen Wert besitzt, der zwischen dem doppelten Wert des Reihenwiderstandes irgendeiner der parallel betriebenen Leistungsvorrichtungen in einem leitenden Zustand und dem Wert, der um wenigstens zwei Größenordnungen niedriger als der Wert der den Erfassungsspannungsteiler bildenden Widerstände ist, liegt.
3. Regler nach Anspruch 2, wobei der Widerstand des Verbindungspfades zwischen 10 und 500 Ohm liegt.
DE69425819T 1994-06-24 1994-06-24 Schutz für integrierte Leistungsausgangsstufen mit multiplen Leistungsdrähten Expired - Fee Related DE69425819T2 (de)

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DE69425819D1 DE69425819D1 (de) 2000-10-12
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