專利名稱：具有集成的過(guò)熱保護(hù)部分的半導(dǎo)體組件的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及具有集成的過(guò)熱保護(hù)部分的、用于控制流過(guò)半導(dǎo)體組件的負(fù)載電流的半導(dǎo)體組件。
技術(shù)領(lǐng)域半導(dǎo)體組件帶有一個(gè)配置給它的過(guò)熱保護(hù)部分已是公知的。其中過(guò)熱保護(hù)部分將防止半導(dǎo)體組件由于過(guò)高的本征溫度而受損或被破壞。尤其是在半導(dǎo)體組件工作時(shí)產(chǎn)生的熱-主要由流過(guò)半導(dǎo)體組件的電流引起-應(yīng)被控制地保持在一個(gè)允許的范圍內(nèi)。根據(jù)現(xiàn)有技術(shù)，為避免半導(dǎo)體組件的損壞使用了一個(gè)分開的溫度傳感器，它例如用導(dǎo)熱膏與半導(dǎo)體組件的殼體形成熱接觸。如果在故障狀態(tài)下發(fā)生半導(dǎo)體組件的溫度超過(guò)一定的溫度，則該溫度傳感器檢測(cè)出過(guò)熱，并且該溫度傳感器通過(guò)控制導(dǎo)線干預(yù)半導(dǎo)體組件的工作。在此，一個(gè)公知的可能性是例如中斷電流及在一個(gè)低電壓水平上觸發(fā)半導(dǎo)體組件的可控電壓斷開(Spannungsdurchbruch)。從功能上看這意味著，半導(dǎo)體組件被關(guān)斷。僅當(dāng)溫度傳感器重新檢測(cè)到允許溫度時(shí)半導(dǎo)體組件才過(guò)渡到其正常工作狀態(tài)。
具有一個(gè)配置的過(guò)熱保護(hù)部分的半導(dǎo)體組件例如可用于機(jī)動(dòng)車技術(shù)中的點(diǎn)火裝置的點(diǎn)火末級(jí)中(一個(gè)點(diǎn)火末級(jí)的電路裝置例如已由DE 196 24 530 A1公開)。點(diǎn)火末級(jí)的初級(jí)側(cè)被加載大電流，當(dāng)電流中斷時(shí)它感應(yīng)出一個(gè)高電壓，該高電壓在次級(jí)側(cè)轉(zhuǎn)換成一個(gè)起點(diǎn)火功能的高電壓。當(dāng)用于常規(guī)工作的點(diǎn)火裝置被這樣設(shè)計(jì)以避免點(diǎn)火末級(jí)的過(guò)熱時(shí)，則對(duì)于故障狀態(tài)不能排除該電流如此強(qiáng)地加熱該點(diǎn)火末級(jí)，以致它被熱損壞。因此在故障狀態(tài)中將產(chǎn)生所述電流中斷及觸發(fā)電壓斷開。由此，初級(jí)側(cè)的電壓這樣斷開，以使得在次級(jí)側(cè)上產(chǎn)生的電壓不足以產(chǎn)生點(diǎn)火動(dòng)作。由于停止了點(diǎn)火動(dòng)作使初級(jí)側(cè)電流下降，及半導(dǎo)體組件可再被冷卻。一旦又低于最大允許溫度時(shí)，半導(dǎo)體組件受控制的電壓斷開結(jié)束，及半導(dǎo)體組件重新提供用于點(diǎn)火裝置工作所需的電壓。
現(xiàn)有技術(shù)中的缺點(diǎn)在于半導(dǎo)體組件實(shí)際溫度的確定僅可在帶有一定的延時(shí)及有限精確度的情況下實(shí)現(xiàn)。為了仍能防止半導(dǎo)體組件的過(guò)熱，關(guān)斷溫度必需選擇得相對(duì)最大允許溫度有一個(gè)安全距離，這將導(dǎo)致對(duì)可利用的溫度范圍的不利限制。此外不利的是，半導(dǎo)體組件的突然關(guān)斷可導(dǎo)致火花的形成及在關(guān)斷期間包括該半導(dǎo)體組件的電組件(例如一個(gè)點(diǎn)火末級(jí))將不能發(fā)揮其功能。

發(fā)明內(nèi)容
按照本發(fā)明，提出了一種用于控制流過(guò)半導(dǎo)體組件的負(fù)載電流的半導(dǎo)體組件，其中該半導(dǎo)體組件被配置有一個(gè)包括熱傳感器的過(guò)熱保護(hù)部分，用于避免由過(guò)載的負(fù)載電流引起的過(guò)熱，其中，該過(guò)熱保護(hù)部分包括其熱傳感器在內(nèi)被集成在該半導(dǎo)體組件中。
相比之下，本發(fā)明的半導(dǎo)體組件具有其優(yōu)點(diǎn)，即該半導(dǎo)體組件的溫度確定能以更高的精度及更小的延時(shí)來(lái)實(shí)現(xiàn)，因?yàn)檫^(guò)熱保護(hù)部分包括其熱傳感器在內(nèi)被集成在該半導(dǎo)體組件中及因此半導(dǎo)體組件的加熱也引起熱傳感器的直接加熱。在此，“集成”的概念在本申請(qǐng)的范圍內(nèi)應(yīng)理解為過(guò)熱保護(hù)部分包括其熱傳感器在內(nèi)被作在該半導(dǎo)體組件的基片上。由此通過(guò)該基片達(dá)到了該半導(dǎo)體組件的被負(fù)載電流通過(guò)的區(qū)域與過(guò)熱保護(hù)部分之間的直接熱耦合。此外，集成的結(jié)構(gòu)方式允許半導(dǎo)體組件包括過(guò)熱保護(hù)部分在內(nèi)可節(jié)省位置及成本合理地實(shí)施。
在一個(gè)有利的構(gòu)型中，熱傳感器具有一個(gè)熱敏感的二極管。因?yàn)槎O管能以簡(jiǎn)單方式在一個(gè)半導(dǎo)體組件中實(shí)現(xiàn)及具有與二極管溫度相關(guān)的電流特性，因此它體現(xiàn)了一種簡(jiǎn)單及成本低的熱傳感器的實(shí)施形式。在此，二極管最好工作在截止方向(反向)上，因?yàn)樵谠摲较蛏吓c通流方向(正向)相比在更大的電壓范圍上是高電阻的，及可在更大的電壓范圍上利用熱傳感的功能。
有利的是，該二極管被構(gòu)造成齊納二極管。與普通二極管相比齊納二極管在反向上具有擴(kuò)大的高電阻的電壓范圍，及可在一個(gè)擴(kuò)大的電壓范圍中利用其熱傳感功能。顯然一個(gè)齊納二極管的反向電流與溫度相關(guān)，以致借助流過(guò)齊納二極管的電流可推斷出二極管的溫度。例如已公開了一些齊納二極管，每溫度升高10K，其反向電流約增高2倍。
有利地，該二極管被配置有一個(gè)具有至少一個(gè)晶體管的電流放大部分，用于放大流過(guò)二極管的二極管電流。因?yàn)闉榱丝梢灾苯拥赜糜谶M(jìn)一步的控制任務(wù)，一個(gè)二極管的反向電流通常太小，因此二極管電流要用至少一個(gè)晶體管來(lái)放大。為此二極管連接到一個(gè)晶體管的基極上，在該晶體管的集電極-發(fā)射極支路施加一個(gè)電源電壓。由此該二極管的反向電流將以晶體管電流放大倍數(shù)的比例轉(zhuǎn)換到集電極-發(fā)射極支路。
此外有利的是，該電流放大部分至少具有兩個(gè)晶體管，它們根據(jù)達(dá)林頓原理級(jí)聯(lián)地連接。根據(jù)達(dá)林頓原理這些晶體管將這樣級(jí)聯(lián)地連接，即一個(gè)晶體管的基極與另一晶體管的發(fā)射極相連接。因此能以理想方式實(shí)現(xiàn)各個(gè)晶體管電流放大倍數(shù)相乘，以致二極管的反向電流能以簡(jiǎn)單方式被放大并超過(guò)多個(gè)十的乘方(Zehnerpotenzen)。
在本發(fā)明的一個(gè)優(yōu)選構(gòu)型中，半導(dǎo)體組件具有一個(gè)功率區(qū)，該功率區(qū)具有一個(gè)晶體管部分，用于控制流過(guò)半導(dǎo)體組件的負(fù)載電流。因此可實(shí)現(xiàn)簡(jiǎn)單的負(fù)載電流控制，因?yàn)樵诎雽?dǎo)體組件的制造過(guò)程中可構(gòu)造晶體管部分及因?yàn)橐粋€(gè)晶體管部分(Transistoranordnung)可實(shí)現(xiàn)負(fù)載電流的持續(xù)調(diào)節(jié)。
有利的是，所述晶體管部分具有至少兩個(gè)晶體管，它們根據(jù)達(dá)林頓原理級(jí)聯(lián)地連接。通過(guò)這種結(jié)構(gòu)允許以流過(guò)第一晶體管基極的小控制電流控制大的負(fù)載電流，該負(fù)載電流沿該晶體管部分中最后一個(gè)晶體管的集電極-發(fā)射極支路流動(dòng)。
另一有利的構(gòu)型在于，所述過(guò)熱保護(hù)部分是所述功率區(qū)的用于控制流過(guò)半導(dǎo)體組件的負(fù)載電流的控制電路的一部分。因?yàn)樵摽刂齐娐房刂屏鬟^(guò)功率區(qū)的負(fù)載電流，借助這樣設(shè)置的過(guò)熱保護(hù)部分可對(duì)功率區(qū)的控制給予直接的干預(yù)。
此外有利的是，所述控制電路是一個(gè)當(dāng)超過(guò)半導(dǎo)體組件的規(guī)定溫度時(shí)降低所述負(fù)載電流的控制電路或調(diào)節(jié)電路。由此，當(dāng)過(guò)熱的情況下僅是降低-而非突然關(guān)斷-負(fù)載電流，在半導(dǎo)體組件上或其中的能量變化可盡可能持續(xù)地進(jìn)行及由此可避免火花形成。
有利地，控制電路是一個(gè)隨著溫度上升愈強(qiáng)地降低所述負(fù)載電流的控制電路或調(diào)節(jié)電路。因此可以作到，基于半導(dǎo)體組件的溫度升高靈活地作出響應(yīng)。這就是說(shuō)，當(dāng)超過(guò)最大允許溫度很少時(shí)，稍微減小負(fù)載電流就足以使半導(dǎo)體組件溫度降低到允許的值上；如果出現(xiàn)更大的溫度升高，則用負(fù)載電流的更大下降來(lái)致使半導(dǎo)體組件冷卻。


以下將借助附圖通過(guò)一個(gè)實(shí)施例來(lái)詳細(xì)地描述本發(fā)明。該附圖示出本發(fā)明的具有集成的過(guò)熱保護(hù)部分的半導(dǎo)體組件的電路圖。
具體實(shí)施例方式
附圖中表示一個(gè)半導(dǎo)體組件1，它具有一個(gè)控制電路2及一個(gè)功率區(qū)3。控制電路2包括控制輸入端子4，控制晶體管T1，過(guò)熱保護(hù)部分5及電流調(diào)節(jié)器6，它包含一個(gè)調(diào)節(jié)晶體管。過(guò)熱保護(hù)部分5具有熱傳感器7，它被作成一個(gè)齊納二極管ZD形式的二極管8；另外具有一電阻R1及一個(gè)電流放大部分9，后者由兩個(gè)根據(jù)達(dá)林頓原理級(jí)聯(lián)設(shè)置的晶體管T2及T3組成。因此通過(guò)電阻R1及晶體管T2流過(guò)一個(gè)電流，該電流相應(yīng)于流過(guò)齊納二極管ZD的電流乘以電流放大部分9產(chǎn)生的放大倍數(shù)。該電流被輸送到輸出端子11。
功率區(qū)3具有輸入端子10，輸出端子11，帶有以三重達(dá)林頓電路設(shè)置的晶體管T4，T5及T6的晶體管部分12，配置給晶體管部分12的電阻R2、R3及R4，輸出電阻R5及限壓裝置13。限壓裝置13的作用在于在晶體管T4，T5及T6上僅可施加至多為一個(gè)選擇的最大電壓值的電壓。
因此得到以下總的工作方式在常規(guī)工作狀態(tài)中，即當(dāng)半導(dǎo)體組件具有的溫度低于最大允許的最高溫度時(shí)，控制電流從控制輸入端子4通過(guò)晶體管T1流到晶體管T4的基極。在那里該電流將控制晶體管T4，以使得基于通過(guò)晶體管部分12引起的電流放大率調(diào)節(jié)一個(gè)被放大的負(fù)載電流，該負(fù)載電流從輸入端子10通過(guò)晶體管T4，T5及T6以及電阻R5流到輸出端子11。在此，通過(guò)控制輸入端子4輸入的控制電流的變化導(dǎo)致負(fù)載電流盡可能成比例的變化。電流調(diào)節(jié)器6具有的功能是限制負(fù)載電流，其方式是，從負(fù)載電流的一個(gè)固定值開始在節(jié)點(diǎn)15上的一部分控制電流通過(guò)電流調(diào)節(jié)器6被引導(dǎo)到輸出端子11。
在所述溫度上齊納二極管ZD的反向電流這樣小，使得流過(guò)晶體管T2的電流可被忽略。因此在該工作狀態(tài)中僅是控制電流的一個(gè)可忽略的分量從節(jié)點(diǎn)14通過(guò)電阻R1及晶體管T2流到輸出端子11。
如果半導(dǎo)體組件1的溫度升高-通常該溫升由沿著從輸入端子10到輸出端子11的連接部分的電流引起的，則齊納二極管ZD也被加熱及流過(guò)齊納二極管ZD的反向電流增大。該反向電流被電流放大部分9放大，由此通過(guò)電阻R1及晶體管T2流到輸出端子11的電流也增大。這意味著，一部分控制電流不再導(dǎo)入功率區(qū)3的輸入端-即晶體管T4的基極上，而是在晶體管部分12的旁邊被旁路。該控制電流的下降又引起從輸入端子10到輸出端子11的電流的下降。由此降低了發(fā)熱-該發(fā)熱尤其是在晶體管6中產(chǎn)生的，于是可實(shí)現(xiàn)半導(dǎo)體組件1的冷卻。
隨著半導(dǎo)體組件1的冷卻也同樣發(fā)生齊納二極管ZD的冷卻，這又引起流過(guò)該齊納二極管的二極管電流的下降。基于通過(guò)電流放大部分9的連接這時(shí)使通過(guò)T2到輸出端子11的電流也減小。由此晶體管T4的基極又被上調(diào)了更大的控制電流，以使得更大的負(fù)載電流從輸入端子10流到輸出端子11。
這里所示的半導(dǎo)體組件1可實(shí)現(xiàn)只要半導(dǎo)體組件1的溫度低于最大允許的最高溫度，過(guò)熱保護(hù)部分5的工作將不出現(xiàn)。如果該溫度被超過(guò)，則過(guò)熱保護(hù)部分5起作用，使得輸入功率區(qū)3的控制電流的一部分在晶體管部分12旁邊被旁路。在此，通過(guò)過(guò)熱保護(hù)部分5導(dǎo)走的電流量與超過(guò)最高溫度的幅度有關(guān)。因此在通常情況下對(duì)于溫度的超高可用降低負(fù)載電流來(lái)對(duì)付，而不需要關(guān)斷半導(dǎo)體組件及由此不必使包括該半導(dǎo)體組件的電組件的功能受到抑制。
本發(fā)明的半導(dǎo)體組件也適于使用在點(diǎn)火線圈中，因?yàn)樗哂辛己玫碾娯?fù)載兼容性及可對(duì)溫度的突然升高快速地作出響應(yīng)。
權(quán)利要求
1.用于控制流過(guò)半導(dǎo)體組件的負(fù)載電流的半導(dǎo)體組件，其中該半導(dǎo)體組件被配置有一個(gè)包括熱傳感器的過(guò)熱保護(hù)部分，用于避免由過(guò)載的負(fù)載電流引起的過(guò)熱，其特征在于該過(guò)熱保護(hù)部分(5)包括其熱傳感器(7)在內(nèi)被集成在該半導(dǎo)體組件(1)中。
2.根據(jù)權(quán)利要求1的半導(dǎo)體組件，其特征在于所述熱傳感器(7)具有一個(gè)熱敏感的二極管(8)。
3.根據(jù)權(quán)利要求2的半導(dǎo)體組件，其特征在于該二極管(8)由齊納二極管(ZD)構(gòu)成。
4.根據(jù)權(quán)利要求2或3的半導(dǎo)體組件，其特征在于該二極管(8)被配置有一個(gè)具有至少一個(gè)晶體管的電流放大部分(9)，用于放大流過(guò)二極管(8)的二極管電流。
5.根據(jù)權(quán)利要求4的半導(dǎo)體組件，其特征在于該電流放大部分(9)具有至少兩個(gè)晶體管，它們根據(jù)達(dá)林頓原理級(jí)聯(lián)地設(shè)置。
6.根據(jù)以上權(quán)利要求中一項(xiàng)的半導(dǎo)體組件，其特征在于所述半導(dǎo)體組件(1)具有一個(gè)功率區(qū)(3)，該功率區(qū)具有一個(gè)晶體管部分(12)，用于控制流過(guò)該半導(dǎo)體組件(1)的負(fù)載電流。
7.根據(jù)權(quán)利要求6的半導(dǎo)體組件，其特征在于該晶體管部分(12)具有至少兩個(gè)晶體管，它們根據(jù)達(dá)林頓原理級(jí)聯(lián)地設(shè)置。
8.根據(jù)以上權(quán)利要求中一項(xiàng)的半導(dǎo)體組件，其特征在于所述過(guò)熱保護(hù)部分(5)是功率區(qū)(3)的用于控制流過(guò)半導(dǎo)體組件(1)的負(fù)載電流的控制電路(2)的一部分。
9.根據(jù)以上權(quán)利要求中一項(xiàng)的半導(dǎo)體組件，其特征在于所述控制電路(2)是一個(gè)當(dāng)超過(guò)半導(dǎo)體組件(1)的規(guī)定溫度時(shí)降低所述負(fù)載電流的控制電路或調(diào)節(jié)電路。
10.根據(jù)以上權(quán)利要求中一項(xiàng)的半導(dǎo)體組件，其特征在于所述控制電路(2)是一個(gè)隨著溫度上升愈強(qiáng)地降低所述負(fù)載電流的控制電路或調(diào)節(jié)電路。
全文摘要
本發(fā)明涉及用于控制流過(guò)半導(dǎo)體組件的負(fù)載電流的半導(dǎo)體組件，其中該半導(dǎo)體組件被配置有一個(gè)包括熱傳感器的過(guò)熱保護(hù)部分，用于避免由過(guò)載的負(fù)載電流引起的過(guò)熱。本發(fā)明提出該過(guò)熱保護(hù)部分(5)包括其熱傳感器(7)在內(nèi)被集成在該半導(dǎo)體組件(1)中。
文檔編號(hào)H01L23/58GK1577838SQ200410071620
公開日2005年2月9日 申請(qǐng)日期2004年7月16日 優(yōu)先權(quán)日2003年7月17日
發(fā)明者曼弗雷德·于貝爾, 霍斯特·邁因德斯, 延斯·莫豪普特, 馬庫(kù)斯·瓦布羅, 哈特穆特·米歇爾 申請(qǐng)人:羅伯特·博施有限公司