DE102007047727A1

DE102007047727A1 - Halbleitervorrichtung, welche eine integrierte Schaltung mit hoher Rückseiten-Spannungsfestigkeit verwendet

Info

Publication number: DE102007047727A1
Application number: DE102007047727A
Authority: DE
Inventors: Kazuhiro Nishimura
Original assignee: Mitsubishi Electric Corp
Current assignee: Mitsubishi Electric Corp
Priority date: 2006-10-30
Filing date: 2007-10-05
Publication date: 2008-05-08
Anticipated expiration: 2027-10-06
Also published as: DE102007047727B4; JP4957183B2; JP2008112828A; CN100550379C; CN101174618A; US7787225B2; KR20080039217A; US20080099838A1; KR100924742B1

Abstract

Eine Halbleitervorrichtung beinhaltet ein elektrisch leitendes Teil (2), eine Schaltvorrichtung (3), welche mit dem elektrisch leitenden Teil (2) auf dem elektrisch leitenden Teil (2) verbunden ist und eine Spannungsfestigkeit zwischen einer Vorderseite und einer Rückseite als eine erste Spannungsfehoher Rückseiten-Spannungsfestigkeit (4), welche auf den elektrisch leitenden Teil (2) getrennt von der Schaltvorrichtung (3) vorgesehen ist, eine Steuerschaltung (15) zum Steuern des Anschaltens/Abschaltens der Schaltvorrichtung (3) beinhaltet und eine Spannungsfestigkeit zwischen einer Vorderseite und einer Rückseite als eine zweite Spannungsfestigkeit, die höher als die erste Spannungsfestigkeit ist, aufweist, ein isolierendes Substrat (5), welches auf dem elektrisch leitenden Teil (2) getrennt von der Schaltvorrichtung (3) und der integrierten Schaltung hoher Rückseitenspannungsfestigkeit (4) vorgesehen ist, einer Eingangs-/Ausgangs-Verdrahtung (7a, 7b), welche mit dem isolierenden Substrat (5) verbunden ist, einer ersten Verdrahtung (8a), welche das isolierende Substrat (5) und die Schaltvorrichtung (3) verbindet, und eine zweite Verdrahtung (8b), welche das isolierende Substrat (5) und die integrierte Schaltung mit hoher Rückseitenspannungsfestigkeit (4) verbindet.

Description

Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf eine Halbleitervorrichtung, welche eine integrierte Schaltung mit hoher Rückseiten-Spannungsfestigkeit verwendet und spezieller auf eine Halbleitervorrichtung, die in einem Kraftfahrzeugmotor-Zündsystem oder dergleichen vorgesehen ist.
Leistungshalbleitervorrichtungen werden durch Bipolartransistoren mit isoliertem Gate (IGBTs) verkörpert, welche weithin für die Steuerung in Kraftfahrzeugmotor-Zündsystemen und für die Steuerung von Motoren verwendet werden (siehe beispielsweise JP 2000-183341 ).
7 zeigt den Aufbau einer Halbleitervorrichtung, welche in einem Kraftfahrzeugmotor-Zündsystem verwendet wird. Eine Halbleitervorrichtung 1 ist unter Verwendung eines elektrisch leitenden Teils 2 aufgebaut, auf welchem ein Leistungshalbleiterbauelement 3 und ein isolierendes Substrat 5 getrennt voneinander vorgesehen sind. Eine integrierte Halbleiterschaltungsvorrichtung 41 und Einheiten passiver Elemente 6 einschließlich Kondensatoren und Widerständen sind auf dem isolierenden Substrat 5 vorgesehen. Das Leistungshalbleiterbauelement 3 und das isolierende Substrat 5 sind über die Verdrahtung 8 miteinander verbunden. Die Eingangs-/Ausgangs-Verdrahtung 7a ist mit dem isolierenden Substrat 5 verbunden, während die Eingangs-/Ausgangs-Verdrahtung 7b mit dem elektrisch leitenden Teil 2 verbunden ist. Eine Schaltvorrichtung, wie zum Beispiel ein IGBT, wird als das Leistungshalbleiterbauelement 3 verwendet. Das Leistungshalbleiterbauelement 3 ist mit der integrierten Halbleiterschaltungsvorrichtung 41 über die Verdrahtung 8 verbunden. Die integrierte Halbleiterschaltungsvorrichtung 41 hat eine Steuerschaltung zum Steuern des Anschaltens/Abschaltens der Leistungshalbleitervorrichtung 3.
Bei der oben beschriebenen bekannten Halbleitervorrichtung wird ein hohes Potential an dem elektrisch leitenden Teil 2 erzeugt, wenn das Leistungshalbleiterbauelement 3 angesteuert wird. Deshalb wird die integrierte Halbleiterschaltungsvorrichtung 41 auf dem isolierenden Substrat 5 ausgebildet und so angeordnet, dass sie bei einer niedrigen Spannung arbeitet. Diese Anordnung zieht das Problem nach sich, dass es schwierig ist, die Größe der Steuerschaltung der integrierten Halbleiterschaltungsvorrichtung 41 und daher die Größe der gesamten Baugruppe zu verringern.
Angesichts des oben beschriebenen Problems ist es eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine Halbleitervorrichtung mit einem Leistungshalbleiterbauelement und einer integrierten Halbleiterschaltungsvorrichtung zum Steuern des Leistungshalbleiterbauelementes bereitzustellen, welche so eingerichtet ist, dass sie eine verbesserte Funktionsweise und eine verringerte Größe aufweist.
Die Aufgabe wird gelöst durch eine Halbleitervorrichtung gemäß Anspruch 1 oder 2.
Weiterbildungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen beschrieben.
Gemäß eines Aspektes der vorliegenden Erfindung beinhaltet eine Halbleitervorrichtung ein elektrisch leitendes Teil, eine Schaltvorrichtung auf dem elektrisch leitenden Teil, welche mit dem elektrisch leitenden Teil elektrisch verbunden ist und eine Spannungsfestigkeit zwischen einer Vorderseite und einer Rückseite als eine erste Spannungsfestigkeit aufweist, eine integrierte Schaltung hoher Rückseiten-Spannungsfestigkeit, die auf dem elektrisch leitenden Teil getrennt von der Schaltvorrichtung vorgesehen ist, welche eine Steuerschaltung zum Steuern des Anschaltens/Abschaltens der Schaltvorrichtung beinhaltet und eine Spannungsfestigkeit zwischen einer Vorderseite und einer Rückseite als eine zweite Spannungsfestigkeit aufweist, welche höher ist als die erste Spannungsfestigkeit, ein isolierendes Substrat, das auf dem elektrisch leitenden Teil getrennt von der Schaltvorrichtung und der rückseitigen integrierten Schaltung hoher Spannungsfestigkeit vorgesehen ist, eine Eingangs-/Ausgangs-Verdrahtung, die mit dem isolierenden Substrat verbunden ist, eine erste Verdrahtung, welche das isolierende Substrat und die Schaltvorrichtung miteinander verbindet, und eine zweite Verdrahtung, welche das isolierende Substrat und die rückseitige integrierte Schaltung hoher Spannungsfestigkeit miteinander verbindet.
Gemäß der vorliegenden Erfindung kann die Halbleitervorrichtung, welche ein Leistungshalbleiterbauelement und eine integrierte Halbleiterschaltungsvorrichtung zum Steuern des Leistungshalbleiterbauelementes aufweist, eine verbesserte Funktionsweise und eine verringerte Größe aufweisen.
Weitere Merkmale und Zweckmäßigkeiten der Erfindung ergeben sich aus der folgenden Beschreibung von Ausführungsbeispielen unter Bezugnahme auf die Zeichnungen. Von den Figuren zeigen:
1 eine Draufsicht auf eine Halbleitervorrichtung gemäß einer ersten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung,
2 eine Draufsicht auf eine weitere Halbleitervorrichtung gemäß der ersten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung,
3 einen Schaltplan einer Halbleitervorrichtung gemäß einer zweiten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung,
4 einen Schaltplan einer Halbleitervorrichtung gemäß einer dritten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung,
5 eine Draufsicht auf eine Halbleitervorrichtung gemäß einer vierten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung,
6 einen Schaltplan der Halbleitervorrichtung gemäß der vierten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung und
7 eine Draufsicht auf eine bekannte Halbleitervorrichtung.
In den Zeichnungen sind Komponenten, die identisch zueinander sind oder einander entsprechen, durch die gleichen Bezugszeichen bezeichnet. Die Beschreibung der Komponenten wird dergestalt gegeben, dass eine Redundanz der Beschreibung von identischen oder entsprechenden Komponenten vermieden wird.
Erste Ausführungsform
Eine Halbleitervorrichtung 1 gemäß einer ersten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung wird beschrieben. Wie in 1 gezeigt, ist die Halbleitervorrichtung 1 unter Verwendung eines elektrisch leitenden Teils 2 ausgebildet. Eine erste Schaltvorrichtung 3 ist als ein Leistungshalbleiterbauelement auf dem elektrisch leitenden Teil 2 vorgesehen und elektrisch mit dem elektrisch leitenden Teil 2 verbunden. Eine integrierte Schaltung 4 hoher Rückseiten-Spannungsfestigkeit ist auf dem elektrisch leitenden Teil 2 getrennt von der ersten Schaltvorrichtung 3 vorgesehen.
Eine Steuerschaltung (nicht gezeigt) zum Steuern des Anschaltens/Abschaltens der ersten Schaltvorrichtung 3 ist auf einer Oberfläche der integrierten Schaltung hoher Rückseiten-Spannungsfestigkeit 4 vorgesehen. Die Spannungsfestigkeit zwischen dem Bereich (Vorderseite), in dem die Steuerschaltung für die integrierte Schaltung hoher Rückseiten-Spannungsfestigkeit 4 ausgebildet ist, und der Rückseite ist höher als die Spannungsfestigkeit zwischen der Vorder- und Rückseite der ersten Schaltvorrichtung 3. Dies bedeutet, wenn die Spannungsfestigkeit der ersten Schaltvorrichtung 3 V₁ ist und die Spannungsfestigkeit zwischen der Vorder- und der Rückseite der integrierten Schaltung hoher Rückseiten-Spannungsfestigkeit 4 V₂ ist, so gilt eine Beziehung V₁ < V₂. Somit ist die Halbleitervorrichtung 1 so eingerichtet, dass die Isolation der integrierten Schaltung hoher Rückseiten-Spannungsfestigkeit 4 beibehalten wird, sogar wenn zwischen die Vorder- und die Rückseite der integrierten Schaltung hoher Rückseiten-Spannungsfestigkeit 4 eine Spannung angelegt wird, die höher ist als die Spannungsfestigkeit zwischen der Vorder- und der Rückseite der ersten Schaltvorrichtung 3.
Auf dem elektrisch leitenden Teil 2 ist ein isolierendes Substrat 5 getrennt von der ersten Schaltvorrichtung 3 und der integrierten Schaltung hoher Rückseiten-Spannungsfestigkeit 4 vorgesehen. Einheiten passiver Elemente 6 einschließlich Kondensatoren und Widerständen sind auf dem isolierenden Substrat 5 vorgesehen. Zwei Eingangs-/Ausgangs-Verdrahtungsleitungen 7a sind mit dem isolierenden Substrat 5 verbunden, während eine Eingangs-/Ausgangs-Verdrahtungsleitung 7b mit dem elektrisch leitenden Teil 2 verbunden ist. Das isolierende Substrat 5 und die erste Schaltvorrichtung 3 sind miteinander über zwei erste Verdrahtungsleitungen 8a verbunden, während das isolierende Substrat 5 und die integrierte Schaltung hoher Rückseiten-Spannungsfestigkeit 4 über zwei zweite Verdrahtungsleitungen 8b miteinander verbunden sind.
Bei der in 1 gezeigten Halbleitervorrichtung 1 können die erste Schaltvorrichtung 3 und die integrierte Schaltung, welche die Steuerschaltung zum Steuern des Anschaltens/Abschaltens der ersten Schaltvorrichtung 3 beinhaltet, unter Verwendung eines elektrisch leitenden Verbindungsmaterials auf einem elektrisch leitenden Teil montiert werden. Die Größe des isolierenden Substrates 5 ist dadurch reduziert, so dass die Packungsdichte der oben beschriebenen Steuerschaltung erhöht ist. Als ein Ergebnis kann die Größe der Halbleitervorrichtung 1 verringert werden zum Realisieren einer Montage mit hoher Dichte in einem Gehäuse. Weiterhin stellt die Montage der Leistungshalbleitervorrichtung und der integrierten Schaltung auf einem einzigen elektrisch leitenden Teil sicher, dass die Halbleitervorrichtung eine verbesserte thermische Ankopplung und eine hohe Überhitzungs-Abschaltgenauigkeit (Temperaturbegrenzungsgenauigkeit) aufweist.
Ein weiteres Beispiel des Aufbaus der Halbleitervorrichtung 1, die in 1 gezeigt ist, wird beschrieben. Wie in 2 gezeigt, sind das isolierende Substrat 5, bzw. die darauf angebrachte Verdrahtung, und die erste Schaltvorrichtung 3 über eine erste Verdrahtungsleitung 8a miteinander verbunden. Eben falls sind die erste Schaltvorrichtung 3 und die integrierte Schaltung mit hoher Rückseitenspannungsfestigkeit 4 über eine dritte Verdrahtungsleitung 8c miteinander verbunden. Ansonsten ist der Aufbau der gleiche wie jener, der in 1 gezeigt ist. Der in 2 gezeigte Aufbau weist ebenfalls die gleichen Wirkungen wie jener auf, der in 1 gezeigt ist.
Wie oben beschrieben, kann die Halbleitervorrichtung gemäß der ersten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung als eine Halbleitervorrichtung mit einem Leistungshalbleiterbauelement und einer integrierten Halbleiterschaltungsvorrichtung zum Steuern des Leistungshalbleiterbauelementes, die eine verbesserte Funktionsweise und eine verringerte Größe aufweist, verwirklicht werden.
Zweite Ausführungsform
Eine Halbleitervorrichtung gemäß einer zweiten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung wird beschrieben. Es werden hauptsächlich Punkte beschrieben, die unterschiedlich gegenüber der ersten Ausführungsform sind.
Eine Motorzündungs-Halbleitervorrichtung in einem Zündsystem für eine Verbrennungskraftmaschine, wie zum Beispiel einen Kraftfahrzeugmotor, beinhaltet ein Leistungshalbleiterbauelement und eine induktive Last, welche mit dem Leistungshalbleiterbauelement verbunden ist, und ein Computer in der Vorrichtung steuert den Zündzeitpunkt. Wenn ein Steuersignal für diese Steuerung für eine lange Zeit in dem AN-Zustand gehalten wird, wird das Leistungshalbleiterbauelement in dem leitenden Zustand gehalten und es gibt die Möglichkeit, dass das Bauelement selbst durch die darin erzeugte Wärme zerstört wird. Zum Verhindern der Zerstörung weist deshalb die oben beschriebene Halbleitervorrichtung eine Funktion auf, welche das Leistungs halbleiterbauelement unter Verwendung einer Zeitgeberschaltung, welche eine bestimmte Zeitdauer nach dem Beginn des AN-Betriebs arbeitet, zwangsweise abschaltet. Zu Beginn des zwangsweisen Abschaltens wird jedoch in der induktiven Last eine große elektromotorische Kraft erzeugt. Deshalb gibt es ebenfalls die Möglichkeit, dass das Bauelement durch einen Zündfehler, d.h. das Auftreten einer Zündung zu einem Zeitpunkt, zu dem es nicht durch den Computer veranlasst ist, zerstört wird.
Die Halbleitervorrichtung gemäß der zweiten Ausführungsform ist so eingerichtet, dass zu der integrierten Schaltung mit hoher Rückseitenspannungsfestigkeit, welche bei der Beschreibung der ersten Ausführungsform oben beschrieben wurde, ein Thyristor und Zenerdioden hinzugefügt sind zum Verringern des oben beschriebenen Zündfehlers. 3 zeigt einen Schaltplan dieser Halbleitervorrichtung.
Wie in 3 gezeigt, weist die mit 9 bezeichnete Halbleitervorrichtung eine integrierte Schaltung mit hoher Rückseitenspannungsfestigkeit 4 und eine erste Schaltvorrichtung 3, welche mit dieser Schaltung verbunden ist, auf. Eine Lastspule 10 ist mit einem Punkt auf der Kollektoranschlussseite der ersten Schaltvorrichtung 3 (Seite des Ausgangsanschlusses 3b) verbunden. Die Lastspule 10 ist mit einer Zündkerze 11 eines Motors und mit einer Batterie 12 verbunden. Die Lastspule 10 enthält eine Eingangswicklung 10a und eine Ausgangswicklung 10b. Wenn eine Spannung größer oder gleich einer vorbestimmten ersten Spannung (V₁) an die Eingangswicklung 10a angelegt wird,. fließt ein Strom durch die Ausgangswicklung 10b zum Betätigen der Zündkerze 11. Eine bidirektionale Diode 13 ist zwischen das Gate und den Kollektor der ersten Schaltvorrichtung 3 geschaltet. Wenn eine Spannung größer oder gleich einem vorbestimmten Wert an die bidirektionale Diode 13 angelegt wird, fließt ein Strom hindurch zum Schützen der ersten Schaltvorrichtung 3.
Die erste Schaltvorrichtung 3 hat einen Eingangsanschluss 3a und einen Ausgangsanschluss 3b. Der Ausgangsanschluss 3b ist mit dem unteren Ende (Ausgangsanschluss 14) der Eingangswicklung 10a in der Lastspule 10 verbunden. Wenn eine vorbestimmte Spannung an dem Eingangsanschluss 3a anliegt und wenn die erste Schaltvorrichtung 3 dadurch angeschaltet wird, liegt eine hohe Spannung an der Eingangswicklung 10a in der induktiven Last 10 an. Mit dem Ausgangsanschluss 14 ist die Rückseite der integrierten Schaltung mit hoher Rückseitenspannungsfestigkeit 4 verbunden. Die Spannung an der Rückseite (Rückseitenspannung) der integrierten Schaltung mit hoher Rückseitenspannungsfestigkeit 4 wird an den Ausgangsanschluss 14 ausgegeben.
Die integrierte Schaltung mit hoher Rückseitenspannungsfestigkeit 4 enthält eine Steuerschaltung 15. Die Steuerschaltung 15 ist mit dem Eingangsanschluss 3a der ersten Schaltvorrichtung 3 verbunden und steuert das Anschalten/Abschalten der ersten Schaltvorrichtung 3 entsprechend dem AN-/AUS-Eingangssignal, das von dem externen Anschluss 16 eingegeben wird.
Die integrierte Schaltung mit hoher Rückseitenspannungsfestigkeit 4 weist weiterhin einen PMOS-Transistor 17, einen Widerstand 18 und einen NMOS-Transistor 19 auf. Der PMOS-Transistor 17 ist mit dem Eingangsanschluss (Gate) 3a der ersten Schaltvorrichtung 3 verbunden. Das Gate des NMOS-Transistors 19 und die Steuerschaltung 15 sind mit einer Zeitgeberschaltung (Timer-Schaltung) 20 verbunden. Die Zeitgeberschaltung 20 schaltet die erste Schaltvorrichtung 3 zwangsweise ab, wenn ein vorbestimmter Zeitraum nach einem Start des AN-Betriebs der ersten Schaltvorrichtung 3 vergangen ist.
Die integrierte Schaltung mit hoher Rückseitenspannungsfestigkeit 4 weist einen Thyristor 23 auf, der aus einem pnp-Transistor 21 und einem npn-Transistor 22 ausgebildet ist. Der Thyristor 23 hat einen Kollektoranschluss (C), einen Emitteranschluss (E) und einen Basisanschluss (B). Der Kollektoranschluss (C) ist mit der Eingangswicklung 10a in der induktiven Last 10 über den Ausgangsanschluss 14 verbunden. Der Emitteranschluss (E) ist über einen Widerstand 26 mit Masse verbunden. Der Basisanschluss (B) ist mit einer Zenerdiode 24 verbunden. Wenn der Thyristor 23 angeschaltet wird zum Bewirken eines Stromflusses durch ihn, wird eine Spannung an der Eingangswicklung 10a in der induktiven Last 10 an den Basisanschluss (B) ausgegeben.
Das obere Ende der oben beschriebenen Zenerdiode 24 ist mit dem Basisanschluss (B) des Thyristors 23 verbunden, während das untere Ende der Zenerdiode über eine Zenerdiode 25 mit Masse verbunden ist. Der PMOS-Transistor 17 und der Widerstand 18 sind mit einem Verbindungspunkt zwischen der Zenerdiode 24 und der Zenerdiode 25 verbunden.
Wenn in der in 3 gezeigten Halbleitervorrichtung 9 die erste Schaltvorrichtung 3 AN ist, ist das Potential an der Kathode (oberes Ende) der Zenerdiode 24 im wesentlichen gleich dem Potential an dem Ausgangsanschluss 14. Wenn die Spannung an der Kathode der Zenerdiode 24 größer oder gleich einem vorbestimmten Wert (z.B. 500 V) ist, fließt ein Strom von dem Ausgangsanschluss 14 zu der Anode (dem unteren Ende) der Zenerdiode 24. Die Spannung an der Kathode der Zenerdiode 24 ist niedriger als der vorbestimmte Wert, ein Strom fließt von dem Ausgangsanschluss 14 über den npn-Transistor 22 und den Widerstand 26. Die Spannung an dem Ausgangsanschluss 14 kann auf diese Weise kleiner oder gleich dem vorbestimmten Wert gehalten werden. Dies bedeutet, wenn die erste Schaltvorrichtung 3 AN ist, erfasst der Thyristor 23 die Spannung an dem Ausgangs anschluss 14 und die Zenerdiode 24 steuert die Spannung an dem Ausgangsanschluss 14, so dass die Spannung kleiner oder gleich dem vorbestimmten Wert ist.
Wenn die erste Schaltvorrichtung 3 AN ist und wenn die an dem oberen Anschluss der Zenerdiode 24 ausgegebene Spannung größer oder gleich als eine zweite Spannung V₂ ist, welche höher als die erste Spannung V₁ ist (≠ der an der Eingangswicklung 10a anliegenden Spannung, wenn ein Strom durch die Ausgangswicklung 10b in der induktiven Last 10 fließt), fließt somit ein Strom von dem oberen Anschluss der Zenerdiode 24 zu dem unteren Anschluss der Zenerdiode 24. Die Spannung an dem Ausgangsanschluss 14 wird dadurch so gesteuert, dass sie kleiner oder gleich der zweiten Spannung V₂ ist.
In der oben beschriebenen Anordnung erfasst die Halbleitervorrichtung 9 die Rückseitenspannung der integrierten Schaltung mit hoher Rückseitenspannungsfestigkeit 4 unter Verwendung des Thyristors 23 und steuert die Rückseitenspannung unter Verwendung der Zenerdiode 24, so dass die Rückseitenspannung kleiner oder gleich dem vorbestimmten Wert ist. Dadurch wird das Auftreten einer großen elektromotorischen Kraft in der induktiven Last 10 verringert. Eine fehlerhafte Zündung durch die Zündkerze 11 kann auf diese Weise verhindert werden. Somit können ein Motorschutz und ein Selbstschutz der Halbleitervorrichtung erzielt werden durch Verringern der Fehler bei der Zündung, während die für die Anordnung der Halbleitervorrichtung erforderliche Fläche begrenzt ist.
Die Halbleitervorrichtung gemäß der zweiten Ausführungsform ist in der Lage, die Fehler bei der Zündung zu verringern und einen Motorschutz und einen Selbstschutz durchzuführen, während die für die Anordnung der Halbleitervorrichtung erforderliche Fläche begrenzt ist.
Dritte Ausführungsform
Eine Halbleitervorrichtung gemäß einer dritten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung wird beschrieben. Es werden hauptsächlich Punkte beschrieben, die unterschiedlich gegenüber der zweiten Ausführungsform sind.
Wenn die Schaltvorrichtung in der Halbleitervorrichtung, welche in der zweiten Ausführungsform gezeigt ist, angesteuert wird, wird von dem Computer ein Anschaltsignal über die Steuerschaltung zu der Schaltvorrichtung übertragen. Zu der Zeit des Übertragens des Anschaltsignals gibt es eine Notwendigkeit zum Verbinden einer Spannungsversorgung mit der Halbleitervorrichtung zum Treiben der Schaltvorrichtung.
Bei der Halbleitervorrichtung gemäß der dritten Ausführungsform wird ein zum Treiben der ersten Schaltvorrichtung 3, welche bei der Beschreibung der zweiten Ausführungsform oben beschrieben wurde, notwendiger Strom abgezogen, wenn die Schaltvorrichtung AUS ist, und in einem Kondensator gespeichert. Dadurch wird die Notwendigkeit für die oben beschriebene Spannungsversorgung beseitigt. 4 zeigt einen Schaltplan der mit 27 bezeichneten Halbleitervorrichtung.
Der Ausgangsanschluss 14 ist mit der induktiven Last verbunden, wie in 4 gezeigt. Das obere Ende der Eingangswicklung 10a in der induktiven Last 10 ist mit der Batterie 12 verbunden.
Die integrierte Schaltung mit hoher Rückseitenspannungsfestigkeit 4 weist den Thyristor 23 und einen IGBT 28, welcher zwischen den Thyristor 23 und den Ausgangsanschluss 14 geschaltet ist, auf. Eine Zenerdiode 29 und ein Widerstand 30 sind zwischen den IGBT 28 und den Ausgangsanschluss 14 geschaltet.
Der IGBT 28 arbeitet als eine zweite Schaltvorrichtung zum Ansteuern des Thyristors 23. Der IGBT 28 hat einen Eingangsanschluss 28a und einen Ausgangsanschluss 28b. Der Eingangsanschluss 28a ist über die Eingangswicklung 10a in der induktiven Last 10 mit der Batterie 12 verbunden. Der Ausgangsanschluss 28b ist mit dem Kollektoranschluss (C) des Thyristors 23 verbunden.
Wenn die erste Schaltvorrichtung 3 AN ist, ist das Potential an dem Ausgangsanschluss 14 hoch. Daher kann die an dem Gate des IGBT 28 anliegende Spannung verringert werden durch Vergrößern des Widerstandswertes des Widerstandes 30. Weiterhin ist die Zenerdiode 29 vorgesehen, um die an dem Gate des IGBT 28 anliegende Spannung auf einen Wert zu setzen, der kleiner oder gleich einem vorbestimmten Wert ist. Dadurch wird der IGBT 28 geschützt.
Eine Diode 31 ist mit einem Verbindungspunkt zwischen dem Emitteranschluss (E) des npn-Transistors 22 und dem Widerstand 26 verbunden. Der Emitteranschluss (E) des Thyristors 23 ist mit dem oberen Ende eines Kondensators 32 über die Diode 31 verbunden. Die Steuerschaltung 15 ist ebenfalls mit dem oberen Ende des Kondensators 32 verbunden. Das untere Ende des Kondensators 32 ist mit Masse verbunden.
Bei der Vorrichtung, die wie oben beschrieben eingerichtet ist, ist die Spannung an dem Ausgangsanschluss 14 gleich der Spannung der Batterie 12, wenn die erste Schaltvorrichtung 3 AUS ist. Durch die von der Batterie 12 gelieferte Spannung wird der IGBT 28 in den AN-Zustand versetzt. Dadurch wird der Thyristor 23 angeschaltet. Dadurch wird das Fließen eines Stromes von der Batterie 12 über den Ausgangsanschluss 14, den Thyristor 23 und die Diode 31 zum Laden des Kondensators 32 verursacht.
Wie oben beschrieben wird der IGBT 28 durch die von der Batterie 12 gelieferte Spannung angeschaltet, wenn die erste Schaltvorrichtung 3 AUS ist. Von der Batterie 12 fließt dann ein Strom über den Thyristor 23 zu dem Kondensator 32 zum Laden des Kondensators 32.
Die Steuerschaltung 15 kann das Anschalten/Abschalten der ersten Schaltvorrichtung 3 unter Verwendung des geladenen Kondensators 32 als Spannungsquelle steuern. Ansonsten ist die Anordnung die gleiche wie bei der zweiten Ausführungsform.
Die oben beschriebene Anordnung beseitigt die Notwendigkeit für die Spannungsquelle zum Treiben der ersten Schaltvorrichtung 3. Dadurch wird eine Verringerung der Größe der Halbleitervorrichtung 27 erzielt.
Bei der Schaltung, die wie in 4 gezeigt angeordnet ist, gibt es eine Möglichkeit, dass das Potential an dem Gate des IGBT 3 schwebt, wenn eine Spannungsspitze von der Batterie 12 eingegeben wird, während die erste Schaltvorrichtung 3 in dem AUS-Zustand ist. Eine Möglichkeit, dass der IGBT 3 dadurch so angesteuert wird, daß er einen Betriebsfehler verursacht, ist ebenfalls denkbar. Die Halbleitervorrichtung 27 arbeitet jedoch lediglich als eine Schutzschaltung und deshalb gibt es nicht die Gefahr eines Betriebsfehlers aufgrund einer Spannungsspitze. Dadurch kann die Halbleitervorrichtung mit verbesserter Sicherheit arbeiten.
Die Halbleitervorrichtung gemäß der dritten Ausführungsform hat die gleichen Vorteile wie die Halbleitervorrichtung gemäß der ersten Ausführungsform und hat weiter den Vorteil, dass sie in der Größe verringert ist durch Beseitigen der Notwendigkeit für eine Spannungsquelle zum Treiben der ersten Schaltvorrichtung 3.
Vierte Ausführungsform
Eine Halbleitervorrichtung gemäß einer vierten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung wird beschrieben. Es werden hauptsächlich Punkte beschrieben, die unterschiedlich gegenüber der dritten Ausführungsform sind.
5 zeigt eine Draufsicht auf eine Halbleitervorrichtung 33 gemäß der vierten Ausführungsform. 6 zeigt einen Schaltplan, welcher eine Anordnung zeigt, die die in 5 gezeigte Halbleitervorrichtung 33 beinhaltet. Ein Funkmodul (drahtloses Modul) 34 zum Zuführen eines Eingangssignals an die Steuerschaltung 15 ist mit dem Kondensator 32 und der Steuerschaltung 15 verbunden. Der Kondensator 32, der in der gleichen Weise geladen wird wie bei der dritten Ausführungsform, wird als eine Spannungsquelle verwendet, die es dem Funkmodul 34 ermöglicht, ein Eingangssignal an die Steuerschaltung 15 zu liefern. Ansonsten ist die Anordnung die gleiche wie bei der dritten Ausführungsform.
Bei der oben beschriebenen Anordnung kann ein zum Treiben des Drahtlosmoduls 34 notwendiger Strom aus der Rückseitenspannung der integrierten Schaltung mit hoher Rückseitenspannungsfestigkeit 4 entnommen werden, um den Drahtlosmodul 34 zugeführt zu werden. Deshalb gibt es keine Notwendigkeit zum Vorsehen einer Spannungsversorgung zum Treiben des Drahtlosmoduls 34. Ein Eingangssignal von dem Computer kann in einer drahtlosen Weise übertragen werden aufgrund des Drahtlosmoduls 34. Somit wird anstelle der Eingangsverdrahtung eine drahtlose Übertragung verwendet zum Verringern der Größe eines Halbleiters und weiterhin zum Realisieren einer Halbleitervorrichtung, welche nicht leicht durch Störungen beeinflusst wird und eine höhere Zuverlässigkeit im Vergleich zu der bekannten Vorrichtung aufweist.
Die Halbleitervorrichtung gemäß der vierten Ausführungsform hat die gleichen Vorteile wie die Halbleitervorrichtung gemäß der dritten Ausführungsform und hat weiterhin den Vorteil, dass sie in der Größe verringert ist und in der Zuverlässigkeit verbessert ist.

Claims

Halbleitervorrichtung (1) mit: einem elektrisch leitenden Teil (2), einer Schaltvorrichtung (3), welche mit dem elektrisch leitenden Teil (2) auf dem elektrisch leitenden Teil (2) elektrisch verbunden ist und eine Spannungsfestigkeit zwischen einer Vorderseite und einer Rückseite als eine erste Spannungsfestigkeit aufweist, einer integrierten Schaltung mit hoher Rückseiten-Spannungsfestigkeit (4), welche auf dem elektrisch leitenden Teil (2) getrennt von der Schaltvorrichtung (3) vorgesehen ist, eine Steuerschaltung (15) zum Steuern des Anschaltens/Abschaltens der Schaltvorrichtung (3) enthält und eine Spannungsfestigkeit zwischen einer Vorderseite und einer Rückseite als eine zweite Spannungsfestigkeit aufweist, welche höher ist als die erste Spannungsfestigkeit, einem isolierenden Substrat (5), welches auf dem elektrisch leitenden Teil (2) getrennt von der Schaltvorrichtung (3) und der integrierten Schaltung mit hoher Rückseitenspannungsfestigkeit (4) vorgesehen ist; einer Eingangs-/Ausgangsverdrahtung (7a, 7b), welche mit dem isolierenden Substrat (5) verbunden ist, einer ersten Verdrahtung (8a), welche das isolierende Substrat (5) und die Schaltvorrichtung (3) verbindet und einer zweiten Verdrahtung (8b), welche das isolierende Substrat (5) und die integrierte Schaltung mit hoher Rückseitenspannungsfestigkeit (4) verbindet.
Halbleitervorrichtung (9, 27, 33) mit: einer induktiven Last (10), welche eine Eingangswicklung (10a) und eine Ausgangswicklung (10b) aufweist, wobei durch die Ausgangswicklung (10b) ein Strom fließt, wenn eine Spannung größer oder gleich einer ersten Spannung an die Eingangswicklung (10a) angelegt wird, einer ersten Schaltvorrichtung (3) mit einem Eingangsanschluss (3a) und einem Ausgangsanschluss (3b), wobei der Ausgangsanschluss (3b) mit einem Ende der Eingangswicklung (10a) in der induktiven Last (10) verbunden ist und die erste Schaltvorrichtung (3) eine Spannung an die Eingangswicklung (10a) in der induktiven Last (10) anlegt, einer Steuerschaltung (15), welche mit dem Eingangsanschluss (3a) der ersten Schaltvorrichtung (3) verbunden ist, wobei die Steuerschaltung (15) das Anschalten/Abschalten der ersten Schaltvorrichtung (3) steuert, einem Thyristor (23) mit einem Kollektor, der mit der Eingangswicklung (10a) in der induktiven Last (10) verbunden ist, einem mit Masse verbundenen Emitter und einer Basis, an welcher eine Spannung an der Eingangswicklung (10a) in der induktiven Last (10) anliegt, und einer Zenerdiode (24, 25), deren einer Anschluss mit der Basis des Thyristors (23) verbunden ist und deren anderer Anschluss mit Masse verbunden ist, wobei, wenn die erste Schaltvorrichtung (3) AN ist und wenn eine Spannung an den einen Anschluss der Zenerdiode (24, 25) ausgegeben wird, welche größer oder gleich einer zweiten Spannung ist, die höher als die erste Spannung ist, ein Strom von dem einen Anschluss der Zenerdiode (24, 25) zu dem anderen Anschluss der Zenerdiode (24, 25) fließt.
Halbleitervorrichtung (27, 33) gemäß Anspruch 2, die weiterhin aufweist: eine externe Spannungsversorgung (12), welche mit dem anderen Ende der Eingangswicklung (10a) in der induktiven Last (10) verbunden ist, einer zweiten Schaltvorrichtung (28), die einen Eingangsanschluss (28a) aufweist, der mit der externen Spannungsversorgung (12) über die Eingangswicklung (10a) in der induktiven Last (10) verbunden ist, und einen Ausgangsanschluss (28b) aufweist, der mit dem Kollektor des Thyristors (23) verbunden ist, und einem Kondensator (32), dessen eines Ende mit der Steuerschaltung (15) und dem Emitter des Thyristors (23) verbunden ist und dessen anderes Ende mit Masse verbunden ist, wobei, wenn die erste Schaltvorrichtung (3) abgeschaltet ist, die zweite Schaltvorrichtung (28) durch die von der externen Spannungsversorgung (12) zugeführte Spannung angeschaltet ist und ein Strom von der externen Spannungsversorgung (12) zu dem Kondensator (32) über den Thyristor (23) zum Laden des Kondensators (32) fließt und wobei die Steuerschaltung (15) das Anschalten/Abschalten der ersten Schaltvorrichtung (3) mittels Leistung von dem geladenen Kondensator (32) bewirkt.
Halbleitervorrichtung (33) gemäß Anspruch 3, bei der ein Drahtlosmodul (34) zum Zuführen eines Eingangssignals an die Steuerschaltung (15) mit dem Kondensator (32) verbunden ist und das Drahtlosmodul (34) den Kondensator (32) als eine Spannungsversorgung verwendet.