DE3007403A1

DE3007403A1 - Vorrichtung fuer den thermischen schutz einer elektronischen halbleiterkomponente

Info

Publication number: DE3007403A1
Application number: DE19803007403
Authority: DE
Inventors: Maurizio Dr Felici; Pietro Menniti
Original assignee: ATES Componenti Elettronici SpA
Current assignee: STMicroelectronics SRL
Priority date: 1979-02-27
Filing date: 1980-02-27
Publication date: 1980-09-04
Also published as: IT1202895B; JPS625345B2; IT7920551A0; FR2450504B1; US4355344A; GB2047956A; JPS55117267A; FR2450504A1; SE454926B; GB2047956B; DE3007403C2; SE8000502L

Description

-A-

Vorrichtung für den thermischen Schutz einer elektronischen

Halbleiterkomponente

Die Erfindung betrifft elektronische Halbleiterkomponenten und insbesondere eine Vorrichtung für den Wärmeschutz einer elektronischen Komponente derjenigen Klasse, die diskrete, bipolare Transistoren, monolithische Darlington-Strukturen und diskrete Feldeffekttransistoren mit isoliertem Gate enthalten.

Es ist bekannt, daß sich ein Transistor während seines Betriebes aufgrund der von ihm selbst verbrauchten Energie erwärmt. Die maximale Temperatur, die er erreichen kann, ohne Schaden zu erleiden, ist durch bestimmte Struktureigenschaften des Transistors sowie durch den Wirkungsgrad der Wärmeableitung des Gehäuses, das diesen aufnimmt, und durch die Einrichtung, auf der dieses Gehäuse befestigt ist, bestimmt. Sobald dieser Maximalwert bekannt ist, ist es möglich,- auf die beste Art und Weise die elektrischen Eigenschaften des Transistors auszunutzen, indem die Komponenten der Schaltung, in der der Transistor verwendet werden soll, entsprechend dimensioniert werden.· Trotzdem können sich im Betrieb der Schaltung besonders ungünstige Bedingungen ergeben,, so daß die maximal zulässige Temperatur überschritten und dadurch der Transistor zerstört wird.

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30074Q3

Um diese Gefahr zu vermeiden, nutzt man üblicherweise im Fall eines integrierten Transistors die Temperaturabhängigkeit des Spannungsabfalls an einem in Durchlaßrichtung vorgespannten pn-übergang der integrierten Schaltung aus. In der Nähe des zu schützenden Transistors bildet man nämlich mit demselben Verfahren, das zu dessen Herstellung benutzt wird, einen Hilfstransistor, dessen Basis-Emitter-übergang als Temperaturfühler herangezogen wird. Der Kollektorstrom des Hilfstransistors wird dazu benutzt, eine Schaltung zu steuern, die sofort das Leiten des zu schützenden Transistors begrenzt, sobald die zulässige Temperatur überschritten wird. Dieses System ist sehr wirkungsvoll, weil die Temperatur direkt an der Wärmequelle erfaßt wird. Eine derartige Vorrichtung ist beispielsweise in der DE-OS 27 10 762 beschrieben.

Im Fall diskreter Transistoren ist es wegen der Grenzen, die durch die Herstellungsverfahren dieser Komponenten vorgegeben sind, nicht möglich gewesen, einen ebenso wirksamen, thermischen Schutz zu verwirklichen. Diese Herstellungsverfahren verlangen nämlich, daß ein Bereich gemeinsam für alle Elemente vorgesehen wird, die die Halbleiterstruktur bilden, wobei dieser Bereich derjenige ist, der von einer der beiden Hauptflächen des Halbleiterplättchens, in dem die Komponente gebildet ist, begrenzt ist, d.h., der Kollektorbereich für die bipolaren Transistoren und für die Darlington-Struktur sowie der Drain-Bereich für die Feldeffekttransistoren. Es sind Schutzvorrichtungen für diskrete Komponenten bekannt geworden, die nur indirekt die Temperaturabhängigkeit des Spannungsabfalls an einem Übergang ausnutzen. Eine dieser Vorrichtungen ist in der GB-PS 1 476 089 beschrieben, wobei als Fühlorgan ein temperaturempfindlicher Widerstand verwendet wird, der thermisch mit dem Gehäuse der zu schützenden Komponente verbunden ist. Eine andere Vorrichtung ist in der DE-OS 26 56 466 beschrieben, wobei als Temperaturfühler eine Brückenschaltung verwendet

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wird, die in einem Zweig den Widerstand des Basis-Emitter-Überganges des zu schützenden Transistors enthält. Wenn die Temperatur des Übergangs einen vorbestimmten Wert überschreitet, fällt der Basis-Emitter-Widerstand auf einen Wert ab, durch den die Brücke aus dem Gleichgewicht gebracht wird und eine Schaltung in Betrieb gesetzt wird, die den Transistor sperrt.

Beide bekannten Vorrichtungen haben den Nachteil, daß deren Anwendungsbereich beschränkt ist. Insbesondere erlaubt die Vorrichtung gemäß GB-PS 14 76 089 keinen Schutz des Transistors bei einem raschen überschreiten der maximalen Übergangstemperatur, was sich beispielsweise bei einem unerwarteten Kurzschluß an der Last einstellen kann, weil das temperaturempfindliche Element, da es an dem Gehäuse des Transistors befestigt ist, auf Temperaturänderungen am übergang mit einer Verzögerung reagiert, die durch die thermische Kapazität zwischen dem übergang und dem Fühlelement selbst bestimmt wird. Außerdem verlangt diese Vorrichtung besondere mechanische Vorkehrungen für die thermische Verbindung zwischen dem Fühler und dem Transistor. Obwohl die Vorrichtung gemäß der genannten DE-OS eine praktisch sofortige Erfassung der Temperaturänderungen zwischen der Basis und dem Emitter (V_nT,) des zu schützenden Transistors erlaubt, garantiert sie nicht bei allen Betriebsbedingungen den thermischen Schutz, weil die Spannung V_ßE außer von der Temperatur auch von anderen Parametern abhängt, unter diesen insbesondere von den Kollektor- und Emitter-Strömen des zu schützenden Transistors. Daher kann diese Vorrichtung in den Fällen nicht mit Vorteil eingesetzt werden, in denen sich diese Ströme in weiten Grenzen ändern können.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Vorrichtung der eingangs angegebenen Art für den thermischen Schutz einer elektronischen Komponente zu schaffen, mit der die Temperaturabhängigkeit des Spannungsabfalls an einem Übergang direkt

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ausgenutzt werden kann, die bei beliebigen Bedingungen eine erhöhte Ansprechgeschwindigkeit sichert und die einfach und wirtschaftlich herstellbar ist.

Diese Aufgabe wird gemäß der Erfindung dadurch gelöst, daß das temperaturempfindliche Element der Komponente aus wenigstens einem bipolaren Transistor besteht, der in dem die Komponente aufweisenden Halbleiterkörper gebildet ist, und der die Kollektorzone gemeinsam mit der Zone der Komponente hat, die sich mit dem Träger der Komponente in Kontakt befindet,und dessen Emitterzone über einen Außenanschluß mit Schaltungsmitteln verbunden ist, die die Stromleitung der elektronischen Komponente begrenzen können, wenn während des Betriebes die Temperatur der Komponente einen vorbestimmten Grenzwert überschreitet.

Die Erfindung ist nachstehend an Ausführungsbeispielen erläutert, die in der Zeichnung dargestellt sind.

Es zeigen:

Fig. 1 ein Schaltschema, das das Konzept der Erfindung darstellt,

Fig. 2 einen Querschnitt durch eine Halbleiterstruktur, die gemäß der Erfindung ausgebildet ist,

Fig. 3 ein Schaltschema einer anderen Ausführungsform der Erfindung,

Fig. 4 einen Querschnitt durch eine Halbleiterstruktur nach einer Variante der Erfindung,

Fig. 5 ein Schaltschema einer weiteren Ausführungsform der Erfindung und

Fig. 6 einen Querschnitt durch eine Halbleiterstruktur, die eine besondere Anwendung der Erfindung darstellt.

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In den Figuren sind gleiche Elemente mit gleichen Bezugszeichen versehen.

Das in Fig. 1 gezeigte Schema ist eine Schaltung zum Zünden einer Lampe mit Hilfe eines Binärsignals, das von einer Steuerlogik erzeugt wird. Die Lampe bildet die Kollektorlast RL einer monolithischen Halbleiterstruktur, die zwei Transistoren T1 und T2 aufweist, die miteinander als Darlington-Schaltung verbunden sind, d.h., daß die Kollektoren miteinander verbunden sind und der Emitter des einen Transistors, des Steuertransistors T1, mit der Basis des anderen Transistors, des Endtransistors T2, verbunden ist. Die gesamte Struktur kann in bekannter Weise als ein einziger Transistor betrachtet werden, der als Kollektor C die gemeinsamen Kollektoren, als Basis B die Basis des Steuertransistors T1 und als Emitter E den Emitter des Endtransistors T2 hat. In der dargestellten Schaltung der Darlington-Struktur ist der Emitter E mit einem gemeinsamen Anschluß oder Masse verbunden, ist der Kollektor C über die Last RL an eine Spannungsquelle +Vcc angeschlossen und ist die Basis B an den Ausgang einer Steuerstufe angeschlossen, die schematisch durch einen Block DR dargestellt ist. Die Steuerstufe DR empfängt an einem Eingang IN ein Binärsignal, das von einer nicht gezeigten Steuerlogik kommt.

Um den Endtransistor T2 gegen übermäßige Erwärmung zu schützen, die beispielsweise durch einen Kurzschluß der Last RL verursacht wird, ist eine Begrenzungsschaltung für das Leiten von T2 vorgesehen, die von einem temperaturempfindlichen Element gesteuert wird, das auf die Temperatur von T2 reagiert. Dieses Element besteht gemäß der Erfindung aus einem NPN-HiIfstransistor T3, der in demselben Plättchen aus Halbleitermaterial ausgebildet ist, in dem die Darlington-Struktur gebildet ist, und dessen Kollektorzone gemeinsam mit der Kollektorzone der Darlington-Transistoren ausgebildet ist, wie in Fig. 2 dargestellt ist, die nachfolgend beschrieben wird. In Fig. 1 sind die drei Transistoren in einem gestrichelt angedeuteten Rechteck eingeschlossen, um anzudeuten, daß die Transistoren zu-

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sammen eine monolithische Struktur bilden, die in einem einzigen Gehäuse untergebracht ist und die als Anschlüsse den Emitter E, die Basis B und den Kollektor C der Darlington-Schaltung sowie den Emitter E3 und die Basis B3 des Hilfstransistors T3 hat. Der Emitter E3 ist über einen Konstantstromgenerator G3 an Masse und direkt an einen ersten Eingang eines Komparators COMP angeschlossen, dessen zweiter Eingang an ein nicht gezeigtes Netz angeschlossen ist, das dessen Spannung auf einen Bezugswert RIF festlegt; der Ausgang des Komparators ist an einen geeigneten Sperreingang INH der Steuerstufe DR angeschlossen. Die Basis B3 ist an einen Verbindungspunkt zwischen einem Widerstand R5 und einer Zenerdiode Z1 angeschlossen, deren zweite Anschlüsse mit der Spannungsquelle +Vcc bzw. mit Masse verbunden sind.

Im Betrieb wird der Emitterstrom 13 des Hilfstransistors T3 durch die Beziehung

kf ^VßE3
13 = I_s (e ^Kl -1) (1)

ausgedrückt, mit

I_c = Sättigungsstrom des Basis-Emitter-Überganges von T 3

V-. = Spannungsabfall am in Durchlaßrichtung vorgespannten Basis-Emitter-Übergang von T3

q = Elektronenladung
k = Boltzmann-Konstante

T = absolute Temperatur des Basis-Emitter-Übergangs von T3.

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Wenn man die Beziehung (1) durch natürliche Logarithmen (In) ausdrückt und dabei berücksichtigt, daß in allen praktischen Fällen der Exponentialausdruck wesentlich größer als eins ist, kann man schreiben

Wenn mit V₂ die Durchbruchspannung der Zenerdiode Z1 bezeichnet wird, ist die an dem Komparator COMP anliegende Spannung V_E

^VE =^VZ - ^VBE3 = ^VZ - ⁽|^lnff ^} · ^{T (2}>'

wobei berücksichtigt ist, daß der Strom I_g i. w. vom Herstellungsverfahren abhängt, daß die Spannung V und der Strom 13

LS

von den Eigenschaften der Zenerdiode Z1 bzw. des Stromgenerators G3 abhängen und daß die Temperatur des Basis-Emittertiberganges des Transistors T3 eng mit der Temperatur des Endtransistors T2 zusammenhängt; dann ist das Maß für die Spannung V eine genaue Information über die augenblickliche Temperatur des Endtransistors T2, der dasjenige Element ist, das den größten Teil der Energie verbraucht, die der Struktur zugeführt wird, und der daher das zu schützende Element ist.

Die Spannung V_ wird im Komparator COMP mit der Bezugsspannung RIF verglichen. Die Größe der Bezugsspannung wird so festgelegt, daß der Komparator COMP nur dann ein Sperrsignal zum Sperreingang INH der Steuerstufe DR liefert, wenn die Temperatur T eine für den Endtransistor T2 gefährliche Grenze erreicht. Die Wirkung dieses Signals besteht darin, daß das Leiten von T2 auf einen nicht gefährlichen Wert begrenzt wird.

In Fig. 2 ist eine Struktur dargestellt, die nach einem bevorzugten Verfahren für die Herstellung diskreter Komponenten erzeugt worden ist und die die drei Transistoren T1, T2 und T3

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der in Fig. 1 gezeigten Vorrichtung enthält. Diese Struktur hat ein Substrat 2 aus Halbleitermaterial, beispielsweise monokristallinem Silizium, das stark mit N-Dotierstoffen dotiert ist und auf dem eine epitaktische Schicht 4 derselben Leitfähigkeit N ausgebildet ist. In der epitaktischen Schicht sind drei P-Zonen ausgebildet, beispielsweise durch Diffusion: eine Zone 6 für die Basis des Endtransistors T2, eine Zone 8 für die Basis des Steuertransistors T1 und eine Zone 10 für die Basis des Hilfstransistors T3. Im Innern der Basiszonen 6, 8 und 10 sind, beispielsweise durch Diffusion von N-Dotierstof fen, die Emitterzonen 12, 14 und 16 der Transistoren T2, T1 bzw. T3 ausgebildet. Die Oberfläche der Struktur ist von einer Schutzschicht 18 aus Siliziumdioxid abgedeckt, die öffnungen aufweist, durch die Leiterstreifen, die durch übliche Metallisierungsverfahren gebildet worden sind, den Emitter von T1 mit der Basis von T2 verbinden und die Kontakte von Basis B und Emitter E der Darlington-Schaltung sowie die Kontakte von Basis B3 und von Emitter E3 des Hilfstransistors T3 festlegen. Ein Kontakt des gemeinsamen Kollektors C wird durch eine Metallschicht 20 hergestellt, die sich über die ganze untere Fläche des Substrates 2 erstreckt und mit einem nicht gezeigten, geeigneten Träger in Kontakt gebracht werden kann, der metallisch oder keramisch ausgebildet sein kann.

In den Fällen, in denen die Änderungen des Sättigungsstromes I_c des Hilfstransistors T3, verursacht durch Temperaturänderungen, nicht vernachlässigt werden können, ist nach einer Weiterbildung der Erfindung, die in Fig. 3 gezeigt ist, ein zweiter Hilfstransistor T4 vorgesehen, der seinen Kollektor ebenfalls mit den Kollektoren der anderen Transistoren gemeinsam hat. Darüber hinaus weist dieser Hilfstransistor T4 in dem in Fig. 3 gezeigten Beispiel außerdem mit dem Transistor T3 eine gemeinsame Basis auf, und analog zum Transistor T3 ist sein Emitter über einen Konstantstromgenerator G4

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an Masse angeschlossen. Das Sehaltschema der Fig. 3 unterscheidet sich von demjenigen der Fig. 1 auch durch einen Differenzverstärker DIFF, dessen Eingänge mit den Emittern der beiden Transistoren T3 und T4 verbunden sind und dessen Ausgang an den ersten Eingang des Komparators COMP angeschlossen ist.

Die Emitterströme 13 und 14 der Transistoren T3 und T4 können durch die folgende Beziehung ausgedrückt werden:

	13	= ^JS^A3	(e	SL kT	V BE 3	-D
	14	^{= J}S^A4	(e	SL kT	^VBE4	-1)
mit	^Js			Sät	tigunc	JSSt

(3) (4)

Übergänge von T3 und T4,

A,, A. = Fläche der Basis-Emitter-Übergänge von T3 bzw. T4,

_v xr = Spannungsabfall an den in Durchlaßrich-' tung vorgespannten Basis-Emitter-Übergängen von T3 bzw. T4,

q = Elektronenladung,

k = Boltzmann-Konstante,

T = absolute Temperatur der Basis-Emitter-

Übergänge von T3 und T4.

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Aus den Beziehungen (3) und (4) erhält man leicht die Differenz AV = ^V _BE3 ~ ^V _BE4 ι ^{die un}ter der Berücksichtigung, daß auch hier in allen praktischen Fällen der Exponentialausdruck wesentlich größer als eins ist, durch die folgende Beziehung ausgedrückt werden kann:

Aus dieser Beziehung ersieht man, daß dann, wenn das Verhält-

A3 14
nis -τ— · ·=— konstant ist (und ungleich eins, andernfalls ist

^A4 ^X3
der Logarithmus null), die Differenz AV nur eine Funktion

JdE

der Temperatur T der Basis-Emitter-Übergänge der beiden Transistoren T3 und T4 ist, so daß die Größe der Spannung AV_n- eine genaue Information über die augenblickliche Temperatur des Endtransistors T2 der Darlington-Schaltung liefert.

Wie man erkennt, wurde bei der Bildung der Gleichung (5) angenommen, daß die Dichte des Sättigungsstromes J₀ für beide Basis-Emitter-übergänge der Transistoren T3 und T4 gleich ist. Diese Annahme ist möglich, weil die physikalischen Eigenschaften der Übergänge der beiden Transistoren, die die Größe J~ bestimmen, d.h. der Dotierungsgrad und die Abstände zwischen den Übergängen identisch sind, weil sie auf denselben Phasen des Herstellungsprozesses beruhen.

A₃ I.
Die Bedingung ^- · ■=— Φ 1 kann auch dadurch ausgedrückt

^A4 ^Χ3
werden, daß man sagt, daß die Emitterstromdichten J^ = !3/A₃ und J- = X./A. untereinander verschieden sein müssen.

In der Schaltung der Fig. 3 erscheint die Spannungsdifferenz AV = f(T) am Ausgang des Differenzverstärkers DIFF und wir

im Komparator COMP mit der Bezugsspannung RIF verglichen. Wie

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bei der Schaltung gemäß Fig. 1 liefert der Komparator COMP ein Sperrsignal· an den Eingang INH der Steuerstufe DR, wenn die Temperatur T einen für den Endtransistor T2 gefährlichen Grenzwert erreicht, so daß das Leiten von T2 auf einen nicht gefährlichen Wert beschränkt wird.

Es läßt sich leicht zeigen, daß die Erfindung vorteilhaft realisiert werden kann, wenn die Stromgeneratoren G3 und G4 durch ebenso viele Widerstände R3 und R4 ersetzt werden. In diesem Fall wird die Gleichung (5) zu

= k In (^ ^) · T (5M.

Die Bedingung, daß der logarithmische Ausdruck von eins verschieden ist, kann in verschiedener Weise erreicht werden. In einer bevorzugten Ausführung der Erfindung waren beispielsweise die Widerstände R3 und R4 gleich, und die Fläche A₄ war zehnmal größer als die Fläche A₃, so daß sich aus der Beziehung (5¹) ergab:

f⁴ · T [volt · ⁰KJ

= 2 · 1C

Die Kombination der vier Transistoren TI bis T4, die in Fig. 3 gestrichelt umgrenzt ist, kann mit einer nicht dargestellten Struktur erreicht werden, die derjenigen der Fig. 2 vollkommen ähnlich ist, mit Ausnahme einer zweiten N-Diffusionszone innerhalb der Zone 10 für die Bildung des Emitters des Transistors T4 und eines entsprechenden Emitterkontaktes E4. Wie man sieht, hat der Transistor T4 die Basiszone und die Kollektorzone gemeinsam mit dem Transistor T3. Bei einer anderen, nicht dargeste^ten Variante können die beiden Transistoren T3 und T4 verschiedene Basiszonen haben.

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Bei einer Variante der Erfindung sind die beiden Transistoren, die die Funktion von Temperaturfühlern haben, in der Fläche des Steuertransistors T1 ausgebildet, d.h., wie in Fig. 4 dargestellt ist, mit den Emitterzonen 17 und 22 in der Zone 8. In diesem Fall fehlt selbstverständlich eine besondere Basiszone für die Transistoren T3 und T4, und die Basen von T3 und T4 sind zusammen mit der Basis von T1 ausgebildet, so daß die äquivalente Schaltung gemäß Fig. 5 modifiziert ist.

Bei einer anderen Variante der Erfindung sind die beiden Transistoren T3 und T4 in der Fläche des Endtransistors T2 ausgebildet. Weder die Struktur noch die entsprechende, äquivalente Schaltung sind in der Zeichnung dargestellt, aber der Fachmann wird sich ohne Schwierigkeiten die Einzelheiten einer Ausführungsform dieser Variante der Erfindung vorstellen können.

Bei einer besonderen Anwendung der Erfindung ist die zu schützende Komponente ein diskreter Feldeffekttransistor. Als Beispiel ist in der Fig. 6 eine Struktur dargestellt, die einen bekannten Transistor, beispielsweise einen VMOS-Transistor (Vertical Metal Oxide Semiconductor), und zwei bipolare Transistoren aufweist, die als Temperaturfühler dienen. Die Struktur ist in einem Plättchen aus Halbleitermaterial gebildet, beispielsweise aus monokristallinem Silizium, das ein Substrat 30, das mit N-Fremdstoffen stark dotiert ist, und eine epitaktische Schicht 32, ebenfalls mit N-Leitfähigkeit, aufweist. In der epitaktischen Schicht 32 sind, beispielsweise durch Diffusion, zwei P-Bereiche 34 und 36 ausgebildet. Im Innern des Bereiches 34 ist, beispielsweise durch Diffusion, eine stark mit N-Fremdstoffen dotierte Zone 38 ausgebildet. In die Oberfläche des Plättchens ist eine Nut eingearbeitet, deren Querschnitt V-förmig ist und die durch die Zonen 38 und 34

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3Q.Q74CT3

hindurchgeht sowie zum Teil in die epitaktische Schicht 32 eindringt. Eine Isolierschicht 40, beispielsweise aus Siliziumdioxid, bedeckt die Oberfläche der Platte und die Wände der Nut. In dem Bereich 36 sind" zwei stark mit N-Fremdsto£fen dotierte Zonen 40 und 44 gebildet, beispielsweise durch Diffusion gleichzeitig mit derjenigen zur Bildung der Zone 38. Geeignete Leiterstreifen 46, 48, 50 und 52, die durch die. üblichen Metallisierungstechniken gebildet werden, stellen mit den Zonen 36, 38, 42 bzw. 44 Ohmsche Kontakte her. Bei demselben Metalll·- sierungsvorgang wird im Innern der Nut über der Isolierschicht 40 eine metallische Schicht 54 aufgebracht. Eine metallische Schicht 56 wird an der Unterseite des Plättchens angebracht. Auf diese Weise erhält man einen Feldeffekttransistor, der als Source die Zone 38, als Drain die Schicht 32 mit dem darunterliegenden Substrat 30 und als Gate die metallische Schicht 54 hat, sowie zwei bipolare Transistoren, deren Kollektorzonen mit der Drain-Zone des Feldeffekttransistors eine gemeinsame Zone bilden, die eine durch die Zone 36 gebildete gemeinsame Basiszone aufweisen und die durch die Zonen 42 und 44 gebildete Emitterzonen besitzen.

Die mit dieser Struktur äquivalente Schaltung, die nicht dargestellt ist, gleicht derjenigen, die in Fig. 3 durch die gestrichelten Linien begrenzt ist, wenn man nur an Stelle des Symbols für die Darlington-Schaltung das Symbol eines Anreicherungs-MOS-Transistors mit N-Kanal und an Stelle der Symbole für Emitter E, Basis B und Kollektor C die Symbole S für Source, G für Gate bzw. D für Drain setzt.

Aus der vorstehenden Beschreibung unterschiedlicher Ausführungsbeispiele der Erfindung ergibt sich, daß die der Erfindung zugrundeliegende Aufgabe gelöst ist, weil eine äußerst wirksame Schutzvorrichtung ohne besondere Herstellungsschritte zusätzlich zu denjenigen für die Herstellung der zu schützenden Halbleiterkomponente und mit einer verhältnismäßig einfachen

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- 17 Schaltung geschaffen wurde.

Obwohl nur einige Ausführungsbeispiele für die Erfindung beschrieben worden sind/ sind zahlreiche Varianten möglich, die innerhalb des Erfindungsgedankens liegen. Beispielsweise können die Dotierpolaritäten bezüglich derjenigen der beschriebenen und dargestellten umgekehrt werden, die zu schützende Komponente kann ein diskreter, bipolarer Transistor anstatt einer Darlington- Schaltung oder eines diskreten Feldeffekttransistors mit isoliertem Gate sein, und die Herstellungstechnik kann von der in den beschriebenen Ausführungsbeispielen verwendeten Planartechnik verschieden sein.

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, Λ.

L e er seife

Claims

SGS-ATES COMPONENTI ELETTRONICI S.p.A.,

Via C. Olivetti 2,

Agrate Brianza (Milano), Italien

u. Z.: M 2069 M3 (Hi/gu/eb)

München, 27. Februar 1980

Vorrichtung für den thermischen Schutz einer elektronischen

Halbleiterkomponente

Priorität: Italien Nr. 20551-A/79 Anmeldetag: 27. Februar 1979

Patentansprüche

ηJ Vorrichtung für den thermischen Schutz einer elektronischen Halbleiterkomponente der diskrete, bipolare Transistoren, monolithische Darlington-Schaltungen und diskrete Transistoren mit isoliertem Gate aufweisenden Gruppe, wobei die Komponente einen Körper aus Halbleitermaterial, einen Träger, auf dem der Halbleiterkörper befestigt ist, und mehrere Anschlüsse für die Verbindung mit einer äußeren Schaltung aufweist und wobei die Vorrichtung für den thermischen Schutz ein mit der zu schützenden Komponente thermisch gekoppeltes Element mit einer von der

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Temperatur abhängigen Spannungscharakteristik sowie Schaltungsmittel aufweist, die auf die Spannung des temperaturempfindlichen Elementes so ansprechen, daß die Stromleitung der zu schützenden elektronischen Komponente begrenzt wird_r wenn während des Betriebes deren Temperatur einen vorbestimmten Grenzwert überschreitet, dadurch gekennzeichnet, daß das temperaturempfindliche Element wenigstens einen bipolaren Transistor (T3, T4) aufweist, der in dem Halbleiterkörper gebildet ist und dessen Kollektorzone eine gemeinsame Zone (4) mit derjenigen Zone der zu schützenden elektronischen Komponente (T2) bildet, welche sich in Kontakt mit dem Träger befindet, und dessen Emitterzone (16; 42, 44; 17, 22) mit den Schaltungsmitteln (G3, COMP, DR; G3, G4, DIFF₇ COMP, DR) verbunden ist.
2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das temperaturempfindliche Element aus zwei bipolaren Transistoren (T3, T4) besteht.
3. Vorrichtung nach Anspruch 2, bei der die zu schützende elektronische Komponente ein disktreter, bipolarer Transistor ist, dadurch gekennzeichnet, daß die beiden bipolaren Transistoren (T3, T4) des temperatürempfindlichen Elementes die Basiszonen gemeinsam mit der Basiszone (8) des diskreten, bipolaren Transistors (T1J haben.
4. Vorrichtung nach Anspruch 2, bei der die elektronische Komponente eine monolithische Darlington-Schaltung ist, dadurch gekennzeichnet, daß die beiden bipolaren Transistoren (T3, T4) des temperaturempfindlichen Elementes die Basiszonen gemeinsam mit der Basiszone (8) des Steuertransistors (T1) der Darlington-Schaltung haben.

030036/085;·
5. Vorrichtung nach Anspruch 2, bei der die elektronische Komponente eine monolithische Darlington-Schaltung ist, dadurch gekennzeichnet, daß die beiden bipolaren Transistoren (T3, T4) des temperaturempfindlichen Elementes die Basiszonen gemeinsam mit der Basiszone (6) des Endtransistors (T2) der Darlington-Schaltung (T1, T2) haben.
6. Vorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Basiszonene der beiden Transistoren (T3, T4) des temperaturempfindlichen Elementes mit einer Vorspannungsschaltung (Z1 , R5) verbunden sind.
7. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 2 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Schaltungsmittel zwei Elemente (G3, G4), die den Stromfluß in jedem der Emitter der beiden bipolaren Transistoren (T3, T4) des temperaturempfindlichen Elementes bestimmen, und eine auf die Spannungsdifferenz dieser Emitter ansprechende Schaltung (DIFF) aufweisen, wobei die Emitterströme und die Flächen der Basis-Emitter-Übergänge dieser Transistoren derart bemessen sind, daß die Emitter-Stromdichten voneinander verschieden sind.

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