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TECHNISCHES GEBIET
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Die
Erfindung betrifft den Aufbau der auf einem Leistungshalbleitermodul
angeordneten, als „Treiber” bezeichneten
Elektronikschaltung, deren Hauptaufgabe es ist, die analogen Steuersignale
für die
Leistungshalbleiter zu generieren.
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HINTERGRUND
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Leistungshalbleiter
dienen dazu, elektrische Energie zu steuern. Sie werden dazu als
sehr schnelle Schalter zwischen einem idealerweise voll leitenden
und einem idealerweise gänzlich
sperrenden Zustand so rechtzeitig hin- und hergeschaltet, dass von einem
Versorgungsnetz durch sie hindurch an einen Verbraucher fließende elektrische
Energie, zumindest im zeitlichen Mittel die für den Verbraucher passende
Frequenz und Spannung aufweist.
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Ein
sehr typisches Anwendungsbeispiel für eine Schaltung aus Leistungshalbleitern
ist ein Frequenzumrichter, über
welchen aus einem elektrischen Wechselspannungsnetz mit konstanter
Spannung und konstanter Frequenz ein Asynchronmotor oder Synchronmotor
so angesteuert wird, dass an diesem die für den jeweiligen Betriebszustand
passende Spannung und Frequenz anliegt.
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Eine
Steuerelektronik dient in diesem Zusammenhang dazu, die einzelnen
Leistungshalbleiter zu den jeweils optimalen Zeitpunkten ein- bzw. auszuschalten.
Durch logische Verknüpfungen
in einer digitalen Signalverarbeitung können dazu eine Fülle von
Einflussparametern, welche bei den einzelnen Anwendungsfällen von
Leistungselektronikschaltungen auftreten, berücksichtigt und verarbeitet werden.
Die Steuerelektronik liefert logische Signale, durch welche der
jeweilige Soll-Schaltzustand
der einzelnen Leistungshalbleiter vorgegeben wird.
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Kernaufgabe
von als „Treiber” bezeichneten Schaltungen
ist es, die von der Steuerelektronik ausgegebenen logischen (digitalen)
Signale in analoge Steuersignale umzusetzen, welche direkt auf die
einzelnen Leistungshalbleiter wirken. Es bedarf dazu im Treiber
einer Potentialtrennung zwischen Eingangs- und Ausgangsseite, da
die einzelnen Leistungshalbleiter ein anderes Bezugspotential aufweisen
als die Steuerelektronik. Häufig
werden durch die Treiber auch weitere Funktionen wahrgenommen. So
können
sie auch Temperatur-, Strom- und Spannung an den Leistungshalbleitern
detektieren und zur Bewertung an die Steuereinheit zurück melden
und/oder bei Gefahr Leistungshalbleiter sofort abschalten. Im Folgenden
wird in dieser Beschreibung im Zusammenhang mit Treibern der Zusatz „primär” für jenen
Teil der Elektronik von Treibern verwendet, welcher auf dem Bezugspotential
der Steuerelektronik arbeitet. Der Zusatz „sekundär” betrifft jenen Teil der Elektronik
von Treibern, welcher auf dem Bezugspotential der Leistungshalbleiter
arbeitet.
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Es
ist üblich,
Teilkomponenten des Treibers zusammen mit den Leistungshalbleitern
in Modulen zu integrieren. Derartige Module – als „IPM” für „Intelligent Power Module” bezeichnet,
enthalten in der Regel auf Leiterplatten Optokoppler zwecks Potenzialtrennung
sowie in integrierter Elektronik Endstufen der Sekundärelektronik
und Schaltungen für
Schutzfunktionen für
die Leistungshalbleiter. Die Spannungsversorgung muss extern bereitgestellt
werden.
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Aus
Gründen
der Kompaktheit und aus Fertigungsgründen ist es wünschenswert,
die Treiber mit den Leistungshalbleitern in einem Modul unterzubringen.
Bei den meisten der derzeit zur Bildung von Treibern vorgeschlagenen
Einzelteile liegt die zulässige maximale
Betriebstemperatur jedoch deutlich unter der zulässigen maximalen Betriebstemperatur
der angesteuerten Leistungshalbleiterbauteile. Bisher handhabt man
das Problem so, dass nur die am besten temperaturbeständigen Bauteile
des Treibers mit den Leistungshalbleitern auf einem Modul vereinigt werden,
dass die weniger temperaturbeständigen Bauteile
(passive Bauteile, Spannungsversorgung) extern dazu angeschlossen
werden und dass im übrigen
die zulässige
Betriebstemperatur des Moduls auf einen niedrigeren Wert begrenzt
wird, als dies von den Leistungshalbleitern her bedingt wäre.
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Es
besteht daher der Bedarf nach dahingehend verbesserten Treibern
für Leistungshalbleitern, dass
diese bei deutlich höhere
Temperaturen betreibbar sind als die derzeit verfügbaren Treiber.
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ZUSAMMENFASSUNG
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Erfindungsgemäß wird die
Elektronik der Treiber ausschließlich – inklusive der passiven Bauelemente
Kondensatoren, Widerstande und Induktivitäten – aus Halbleitermaterialien
hergestellt und auf einem gemeinsamen Substrat mit dem Leistungshalbleiter
oder auf einem Substrat in der Nähe
eines Leistungshalbleitersubstrats mit ähnlichen Temperaturen wie die
auf den Leistungshalbleitersubstraten in dem Leistungshalbleitermodul
angeordnet.
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KURZBESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
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Die
folgenden Figuren und die weitere Beschreibung soll helfen, die
Erfindung besser zu verstehen. Die Elemente in den Figuren sind
nicht unbedingt als Einschränkung
zu verstehen, vielmehr wird Wert darauf gelegt, das Prinzip der
Erfindung darzustellen. In den Figuren bezeichnen gleiche Bezugszeichen
korrespondierende Teile.
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1 ist
ein Prinzipschaltbild einer ersten Treiberschaltung;
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2 ist
eine Querschnittsansicht eines Ausschnittes eines erfindungsgemäßen IPM;
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3 ist
eine Querschnittsansicht eines Ausschnittes eines weiteren erfindungsgemäßen IPM;
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4 ist
eine Querschnittsansicht eines erfindungsgemäß gestalteten ohmschen Widerstandes;
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5 ist
eine Querschnittsansicht eines erfindungsgemäß gestalteten Kondensators;
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6 ist
ein Ausschnitt der Schnittansicht mit vertikaler Schnittfläche des
Kondensators von 5 in stärker vergrößerter Darstellung;
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7 ist
eine Querschnittsansicht einer erfindungsgemäß gestalteten induktivität;
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8 illustriert
einen prinzipielle Chipaufbau zwecks kapazitiver Signal- und/oder
Energieübertragung.
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9 ist
ein Prinzipschaltbild für
eine kapazitive Energieübertragung;
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10 ist
ein Prinzipschaltbild für
eine kapazitive Datenübertragung;
und
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11 ist
ein Prinzipschaltbild einer zweiten Treiberschaltung.
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DETAILLIERTE BESCHREIBUNG
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In 1 ist
eine zur Ansteuerung eines Leistungshalbleiters 1 dienende
Treiberschaltung 2 mit galvanischer Trennung zwischen primärer Logik 2.1 und
Sekundärelektronik 2.2 dargestellt.
Die Signalübertragung
zwischen den beiden Teilen erfolgt über eine induktive Kopplung 2.3.
Die Energieübertragung erfolgt
von der Primärseite
zur Sekundärelektronik hin über eine
induktive Kopplung 2.4. Die Sekundärelektronik 2.2 wirkt über eine
Verstärkerendstufe 2.5 auf
den Leistungshalbleiter 1. In der Sekundärstufe werden
auch Zustände
im Lastkreis gemessen und die Ergebnisse verarbeitet. Gemessen werden
die Spannung am Leistungshalbleiter, über den Sensor 4.1 die
Temperatur, über
den Spannungsabfall des Laststromes an der Induktivität 4.2 die
Geschwindigkeit der Laststromänderung, über den
Spannungsabfall des Laststromes an dem ohmschen Widerstand 4.3 der
Laststrom.
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Erfindungsgemäß sind nicht
nur die aktiven (schaltenden) Elektronikbauteile in der Sekundärelektronik 2.2,
sondern auch passive Bauteile, nämlich zumindest
die für
die potentialgetrennte Signalübertragung 2.4 erforderlichen
Spulen sowie die Shunts 4.2 und 4.3 aus Halbleitermaterialien
hergestellt, auf einem gemeinsamen Substrat mit dem Leistungshalbleitermodul
angeordnet und mit Montage- und Kontaktmitteln wie bei den Leistungshalbleitern
versehen. Damit ergibt sich nicht nur eine kompakte Bauweise, sonder
auch der Vorteil, dass die besagten Bauteile in gleichartiger Technologie
wie der Leistungshalbleiter gefertigt und somit auch im gleichen großen Temperaturbereich
eingesetzt werden können.
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Optional
wird auch die Spannungsversorgungsschaltung in dieser Weise integriert
aufgebaut.
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Optional
zur dargestellten Methode mit einer als separater Teil ausgeführten potentialfreien,
als Transformator 2.3 ausgebildeten Energieversorgung für die Sekundärseite,
kann die se Energieversorgung auch mittels einer Bootstrap-Schaltung
aus dem Zwischenkreis des Frequenzumrichters, für den das Modul gegebenenfalls
verwendet wird, oder aus dem Lastkreis erfolgen. Dabei wird ausgangsseitig
vom Mittelkontakt eines aus Diode und ohmschen Widerstand einerseits
und Kondensator andererseits aufgebauten Spannungsteilers abgegriffen.
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2 zeigt
in Querschnittsansicht einen Ausschnitt eines erfindungsgemäßen IPM.
Der keramische Träger
ist oberseitig mit einer strukturierten, also in voneinander getrennte
Flächenbereiche
eingeteilten Metallisierung 50 und unterseitig mit einer Metallisierung 60 versehen.
Der Träger 9 und
die Metallisierungen 50, 60 bilden zusammen ein
DCB-Substrat (DCB = Direct Copper Bonding) oder ein AMB-Substrag
(AMB = Active Metal Brazing). Auf dem Substrat sind drei Halbleiterchips 10, 20, 30 angeordnet,
die dem Stand der Technik entsprechen. Der ebenfalls auf dem DCB-Substrat
angeordnete Kondensator 40 ist erfindungsgemäß gegenüber vorbekannten
Bauweisen dahingehend verändert,
dass seine zwischen den Metallisierungsschichten 41, 42 befindliche
dielektrische Schicht aus einem zu dem Material der Chips 10, 20, 30 gleichartigen
Halbleitermaterial besteht und auch in gleicher Weise wie die Chips
verbindbar ist.
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Mit
den einzelnen Flächenbereichen
der Metallisierungsschicht 50 sind die betreffenden Halbleiterchips 10, 20, 30 sowie
auch der Kondensator 40 elektrisch und/oder mechanisch
verbunden. Die Verbindungen können
beispielsweise mittels eines nicht dargestellten Lotes (auch „transient
liquid Phase soldering”)
oder mit einer Niedertemperaturverbindung (NTV, englisch: Low Temperature
Joining technique oder low Temperature Silver sintering) hergestellt sein.
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Der
erste Halbleiterchip 10 ist als steuerbares Leistungshalbleiterbauelement,
beispielsweise als IGBT oder als MOSFET ausgebildet und weist zwei
Lastanschlüsse 11, 12 sowie
einen Steueranschluss 13 auf.
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Der
zweite Halbleiterchip 20 umfasst eine Elektronik zur Ansteuerung
des im ersten Halbleiterchips 10 realisierten, steuerbaren
Leistungshalbleiterbauelements. Mit einem Anschluss 21 ist
der Halbleiterchip 20 mit einem Abschnitt der strukturierten Metallisierung 50 elektrisch
und mechanisch verbunden, Auf seiner dem Träger 9 abgewandten
Seite weist der zweite Halbleiterchip 20 weitere, sehr
fein strukturierte Anschlüsse 22 auf.
Diese Anschlusse dienen zur Ansteuerung des steuerbaren Leistungshalbleiterbauelements 10 sowie
gegebenenfalls weiterer nicht dargestellter Leistungshalbleiterbauelemente.
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Der
dritte Halbleiterchip 30 ist als Freilaufdiode mit zwei
Lastanschlüssen 31, 32 ausgebildet
und zur Laststrecke des ersten Halbleiterchips 10 parallel geschaltet.
Die Verbindung zu den Lastanschlüssen des
Halbleiterchips 10 erfolgt einerseits über die Metallisierungsschicht 50,
andererseits über
einen Bonddraht (Al, Al-Legierung, Cu, Cu-Legierung).
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3 zeigt
in Querschnittsansicht einen Ausschnitt eines in planarer Mehrlagentechnik
erfindungsgemäß aufgebauten
IPM. Gegenüber
der Ausführung
von 2 unterscheidet sich die Ausführung von 3 dadurch,
dass die oberseitigen Verbindungen der Bauelemente nicht durch Bonddrähte gebildet
sind, sondern durch eine weitere, strukturierte Metallisierungsschicht 80.
Außerhalb
der Kontaktbereiche ruht die Metallisierungsschicht 80 auf
einer Schicht Dielektrikum 70. Die Funktion dieser Schicht 70 ist
es im Wesentlichen, zu isolieren und Gräben auszufüllen. Sie ist durch Keramik
oder Kunststoff gebildet und ist bis mindestens 200°C temperaturbeständig. In
Abwandlung von der gezeigten Ausführungsform ist es in dieser
Bauweise auch möglich Bauteile übereinander,
nämlich
beiseits der Metallisierungsschicht 80 anzuordnen. Die
passiven Bauelemente und IC's
können
damit also auch in einer oberen Lage direkt über den Leistungshalbleitern
angeordnet sein.
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4 zeigt
einen aus Silizium hergestellten ohmschen Widerstand. Die Kontakte
des Widerstandes sind durch die untere Metallisierung 51 und
die obere Metallisierung 52 gebildet. Die untere Metallisierung
dient auch zur Montage des Bauteils am nicht dargestellten Substrat
des IPM oder an einem gegebenenfalls damit verbundenen, weiteren
Bauteil durch Löten,
NTV oder Anlegieren (transient liquid Phase soldering – TLP).
Bezüglich
der Ebene des Substrates ist der Widerstand in vertikaler Richtung durch
Strom durchflossen. Der bestimmungsgemäße ohmsche Widerstand wird
durch die Schicht 55 aus hochdotiertem Silizium gebildet.
Um im Fall von hohen Spannungen die Gefahr von Überschlägen an den Stellen höchster Feldstärke zu unterbinden
kann man die frei liegenden Randbereiche der oberen Metallisierung 52 passivieren,
also mit einer elektrisch isolierenden Schutzschicht 53 versehen.
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Indem
der Widerstand aus dem gleichem Halbleitermaterial wie die aktiven
Bauteile hergestellt wird – er
ist lediglich anders dotiert – und
indem er wie die aktiven Bauteile von oben und unten kontaktiert wird,
kann er in gleicher Weise angeordnet und verbunden werden wie die
aktiven Bauteile und er kann im Betrieb bis zu den gleichen hohen
Temperaturen betrieben werden. Der Widerstand ist als zur Substratfläche parallel
liegende Fläche
angeordnet, welche bestimmungsgemäß in der zur Ebene diese Fläche normal
liegenden Richtung durch Strom durchflossen wird. Damit ist es einfach
möglich,
den Widerstand so zu bemessen, dass er ausreichend großvolumig
ist und ausreichend große,
zur Wärmeabfuhr zur
Verfügung
stehende Oberfläche
aufweist, damit die im Betrieb in ihm entstehende Wärme nicht
zu Überhitzung
führt.
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5 zeigt
einen vorwiegend aus Silizium hergestellten Kondensator. Die Kontaktflächen des Kondensators
sind durch die untere Metallisierung 41 und die obere Metallisierung 42 gebildet.
Die untere Metallisierung dient auch zur Montage des Bauteils am
nicht dargestellten Substrat des IPM oder an ei nem gegebenenfalls
damit verbundenen, weiteren Bauteil durch Löten, NTV oder Anlegieren (TLP).
Die Ebene der Kontaktflächen
des Kondensators erstreckt sich parallel zur Ebene des Substrates.
Die für die
Kapazität
wirksame, wesentliche Elektrodenfläche, sowie das zwischen den
Elektrodenflächen
liegende, wirksame Dielektrikum ist jedoch in die Schicht 40,
welche aus verschieden behandelten Zonen aus Silizium besteht, gefaltet.
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Die
frei liegenden Randbereiche der oberen Metallisierung 42 können mit
einer elektrisch isolierenden Schutzschicht 43 versehen
werden.
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Indem
der Kondensator aus dem gleichem Halbleitermaterial wie die aktiven
Bauteile hergestellt wird, kann er in gleicher Weise angeordnet
und verbunden werden wie die aktiven Bauteile und kann er auch im
Betrieb bis zu den gleichen hohen Temperaturen betrieben werden.
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Die
unterschiedlich wirksamen Zonen der Halbleiterschicht 40 sind
in 6 dargestellt und werden im Folgenden beschrieben: 6 zeigt
dabei in einer seitlichen Schnittansicht einen Ausschnitt des wesentlichen
Teils der im Wesentlichen aus Silizium bestehenden Schicht 40 des
Kondensators von 5. Die Schnittfläche liegt
dabei normal auf die Substratfläche.
Die wirksame Elektrodenfläche
der Kapazität
ist nicht die äußere Fläche der
Schicht 40, sondern sie wird durch die beiderseits einer
isolierenden Schicht 46 anliegenden Grenzflächen von
leitenden Bereichen 45, 47 gebildet. Die das Dielektrikum bildende,
aus Halbeiteroxid (z. B. Siliziumoxid) bestehende, isolierende Schicht
durchzieht in Form von mehreren, in einem Abstand nebeneinander
liegenden Profilen 46 mit U-förmiger Querschnittsform („Trenches” genannt)
die Schicht 40. Ihre Oberfläche ist vielfach größer als
die Oberfläche
der gesamten Halbleiterschicht 40 und ihre Stärke ist
sehr viel geringer als die Dicke der gesamten Halbleiterschicht 40.
Die innerhalb dieser Profile 46 befindlichen Zonen 47 sind
gut leitend dotiert. Über
ebenfalls leitende, miteinan der verbundene Anschlussbereiche 48 sind
sie miteinander verbunden und bilden eine Elektrode des Kondensators.
Die außerhalb
der Profile 46 an diesen anliegende, gut leitend dotierte
Zone 45 bildet die zweite Elektrode des Kondensators. Der Anschluss
an diese zweite Elektrode kann über örtlich damit
verbundene gut leitend dotierte Bereiche 49 erfolgen, oder über einen
großflächig damit
in Kontakt liegenden, aber weniger hoch dotierten Basisbereich 44.
Dieser Basisbereich kann als ohmscher Widerstand verwendet werden,
welcher bedingt durch den Aufbau der Schicht 40 schon mit
einem seiner beiden Kontakte mit einem der beiden Kontakte des Kondensator
verbunden ist. Über
die Breiten der einzelnen Schichten, die Tiefen, Breiten und Abstände der
einzelnen Profile 46 und über die Dotierungen der einzelnen
leitenden Bereiche können
durch übliche
fachmännische Überlegungen
und Rechnungen Kapazität,
Stromflussquerschnitte, und ohmsche Widerstände eingestellt werden. Wenn
die innerhalb der Profile 46 befindlichen, gut leitenden Zonen 47 nicht
miteinander verbunden sind, stellt die dargestellte Anordnung nicht
einen einzigen großen Kondensator
dar, sondern mehrere Kondensatoren, die alle einseitig über einen
gemeinsamen Anschluss, der durch die Schicht 45 gebildet
wird, miteinander verbunden sind. Ein kapazitiver Spannungsteiler
lässt sich
daraus bilden, indem die leitenden Zonen 47 zu zwei Gruppen
verbunden werden, indem die zu teilende Spannung an den beiden Anschlüssen angelegt
wird und indem die geteilte Spannung zwischen einem dieser beiden
Anschlüsse
und dem mittleren Anschluss, also an der Schicht 45 abgenommen
wird.
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An
der Unterseite des Basisbereiches 44 kann die Kontaktdotierung
und Metallisierung zur Montage und für den Anschluss des Kondensators – mittels
Löten,
NTV oder Anlegieren (TLP) – angebracht
sein. Wenn an diesem Anschluss eine positive Spannung anliegt, sollte
der Basisbereich 44 mit n– – dotiert
sein und die Schicht 45 sollte p – dotiert sein. Wenn am Anschluss
an dem Basisbereich 44 eine negative Spannung angelegt
sollten die Dotierungen demgegenüber
vertauscht sein. In dieser Weise sind Kondensatoren mit Kapazitäten größer 1 μF, wie sie im
Einsatzbereich an Leistungselektronik erforderlich sind, durchaus
realisierbar.
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7 zeigt
etwas stilisiert den Aufbau einer erfindungsgemäß anwendbaren Induktivität bzw. mehrere
miteinander gekoppelter, also einen kernlosen Transformator bildenden
Induktivitäten. Über einer
unterseitigen Metallisierung befindet sich eine Siliziumschicht 62 als
Trägermaterial
für mehrere
aus Metalllagen gebildeten Wicklungen 63 die von oben kontaktierbar
und im Übrigen
in eine isolierende Siliziumschichten 64 eingebettet sind.
Die nicht mit einer isolierenden, schützenden Schicht 65 versehenen Windungen 66 an
der oberen Seite sind zur elektrischen Kontaktierung zu bonden,
zu löten,
mittels NTV zu verbinden oder anzulegieren (TLP). Je nachdem, ob
die einzelnen Windungen untereinander verkettet sind, werden eine
oder mehrere Spulen gebildet, welche dann kernlos induktiv miteinander
verkoppelt sind. Wie schon zuvor für ohmschen Widerstand und Kondensator
erwähnt
ist auch hier wieder von Bedeutung, dass Material bzw. Aufbau gleich bzw.
analog zu dem der Leistungshalbleiter ist bzw. erfolgt und damit
auch Betrieb bis zu den gleichen hohen Temperaturen möglich ist.
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Die
Bauelemente R, C und L gemäß 4 bis 7 sind
auch in Schichten übereinander
positionierbar. 8 zeigt eine prinzipielle Anordnung
eines Systems für
kapazitive Signal- und/oder
Energie Übertragung
von einem ersten IC 71 zu einem zweiten IC 77.
In einer Baueinheit 72 am ersten IC wird eine Quellspannung
mit einem bestimmten Takt generiert, zu zwei Ausgängen hin über je einen
Verstärker
einmal nicht-invertierend,
einmal invertierend verstärkt, über Drähte 73 zu
zwei Kapazitäten
Ck1 und Ck2 am zweiten
IC 77 übertragen
und dort in einer in 9 bzw. 10 als
Schaltbild gezeigten Schaltung, in welcher ein kapazitiver Spannungsteiler
mit einer Diodenbrücke
bzw. mit Widerständen
kombiniert ist, weiter genutzt. Die Potentialtrennung erfolgt in
der isolie renden dielektrischen Schicht 74 der beiden Kapazitäten Ck1 und Ck2.
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9 zeigt
ein Schaltbild dem gemäß die Anordnung
von 8 zur Energieübertragung
verwendet wird. Das vom dem Taktgeber 72.1 erzeugtes Taktsignal
wird durch die Treiberstufen 72.2 und 72.3 bezogen
auf das Bezugspotential des Taktgebers nicht-invertierend bzw. invertierend
verstärkt.
Nur die Spannungsdifferenz am Ausgang der Treiberstufen 72.2 und 72.3 kommt
durch die Diodenbrückenschaltung
gleichgerichtet und in einem zusätzlichen
Kondensator geglättet
am Ausgang der empfangenden Schaltung 75 als nutzbare Gleichspannung
an.
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10 zeigt
ein Schaltbild dem gemäß die Anordnung
von 8 zur Signalübertragung
verwendet wird. Nur die Spannungsdifferenz am Ausgang der Treiberstufen 72.2 und 72.3 wird
durch den Differenzverstärker
der empfangenden Schaltung 76 verstärkt und kommt als Signal am
Datenausgang der empfangenden Schaltung 75 als nutzbare Gleichspannung
an.
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Die
dielektrische Schicht in den Kapazitäten Ck1 und
Ck2 bildet bei den Schaltungen gemäß 9 und 10 die
isolierende Barriere für
die potentialfreie Energie- bzw. Signalübertragung zwischen den beiden
IC's gemäß 8.
Erfindungsgemäß werden die
gezeigten Kapazitäten
wie oben beschrieben in Halbleiterbauweise hergestellt. Die Isolierwirkung
der als Dielektrikum wirkenden Siliziumoxydschicht 46 gemäß 6 beträgt etwa
1 kV/μm;
bei einer Stärke von
typischerweise 13 μm
ist damit eine Spannungsfestigkeit von 10 kV sicher erreichbar.
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Gemäß 11 steuert
die Sekundärelektronik 2.2 über eine
Endstufe, deren Versorgungsspannung aus dem Lastkreis mittels der
Kondensatoren 140, 240 gestützt wird den Leistungshalbleiter 1.
Der Strom durch den Leistungshalbleiter wird über eine parasitäre Induktivität 1,
welche z. B. durch die Bonddrähte
gebildet sein kann und einen dazu in Serie geschalte ten niederohmigen
Shunt R1 geführt.
Zu diesen Bauteilen wird eine Serienschaltung aus L2 und R2 parallel
geschaltet, wobei das Verhältnisse
der beiden Induktivitäten
L2 und L1 zueinander gleich dem Verhältnis der ohmschen Widerstände R2 und R1
zueinander ist. Mit der Induktivität L2 gekoppelt ist die Induktivität L3, sodass
also eine Wechselspannung an der Induktivität L2 transformatorisch eine Wechselspannung
an der Induktivität
L3 hervorruft, deren Größe zur hervorrufenden
Spannung in einem fixen Übersetzungsverhältnis beispielsweise
5 zu 1 proportional ist. Die transformatorisch hervorgerufene Spannung
wird an die Sekundärelektronik 2.2 geleitet
und dort als Messwert für
die Stromänderungsgeschwindigkeit
am Leistungshalbleiter verwendet. Die Bauteilgruppe L2, R2, L3 kann
als Kombination der Bauteile gemäß 4 und 7 in
einem einzigen Stück
integriert hergestellt werden. Die Kondensatoren 140, 240 können gemäß den in 5 und 5 gezeigten
Bauweisen gebildet werden. Damit können all diese Teile analog
zu den Leistungshalbleitern gebildet, angeordnet und im gleichen
hohen Temperaturbereich betrieben werden.