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    公开号:WO1989007340A1
    申请号:PCT/DE1989/000034
    申请日:1989-01-21
    公开日:1989-08-10
    发明作者:Gerhard Conzelmann；Dietmar Haack；Gerhard Fiedler
    申请人:Robert Bosch Gmbh；
    IPC主号:H03K17-00
    专利说明:
    [0001] Elektronisches Gerät
    [0002] Stand der Technik
    [0003] Die Erfindung betrifft ein elektronisches Gerät mit einem monolithisch integrierten Leistungstransistor nach der Gattung des Hauptanspruchs.
    [0004] Ein elektronisches Gerät mit einem monolithisch integrierten Leistungstransistor dieser Art ist aus der US-PS 4 656 496 bekannt. Die insgesamt erforderliche Emitterfläche des Leistungstransistors ist hierbei in eine große Anzahl von Teilemittern mit je einem Widerstand in der Zuleitung zu dem Teilemitter aufgespalten. Durch diese Maßnahme läßt sich die Stromverteilung im Gesamtverband des Leistungstransistors wirksam stabilisieren, sofern ein hinreichend großer Spannungsabfall bei maximalem Strom zur Verfügung gestellt wird. Für Anwendungen des Leistungstransistors in elektronischen Geräten mit Stromregelung bzw. Strombegrenzung (vgl. hierzu die Schaltungsanordnungen nach der US-PS 4 567 537) wäre ein zusätzlicher Meßwiderstand und damit ein zusätzlicher Spannungsabfall erforderlich, was ein Ansteigen der Sättigungsspannung des Leistungstranistors im Betrieb bedeuten würde.
    [0005] Vorteile der Erfindung
    [0006] Das erfindungsgemäße elektronische Gerät mit einem monolithisch integrierten Leistungstransistor mit den kennzeichnenden Merkmalen des Hauptanspruchs hat demgegenüber den Vorteil, daß ein Meßwiderstand zur Gewinnung einer dem Strom proportionalen Signalspannung für einen Regelkreis, in den der monolithisch integrierte Leistungstransistor einbezogen ist, bereitgestellt wird, ohne daß dadurch die Sättigungsspannung des Leistungstransistors erhöht wird. Ein weiterer Vorteil besteht darin, daß für den Meßwiderstand keine zusätzliche Chipfläche benötigt wird, da sich die Widerstände in den Emitterzuleitungen flächenneutral auf der von dem Leistungstransistor insgesamt benötigten Fläche unterbringen lassen, die maßgeblich von der durch den Leistungstransistor abzuführenden Verlustleistung bestimmt wird. Weitere Vorteile ergeben sich aus den Unteransprüchen 2 bis 31 und aus der Beschreibung.
    [0007] Zeichnung
    [0008] Die Erfindung wird anhand der Zeichnung näher erläutert. Figur 1 zeigt ein elektronisches Gerät nach dem Stand der Technik mit einem Elektromotor im Kollektorstromkreis des Leistungstransistors. Der Transistor besteht bekanntermaßen aus einer Vielzahl parallelgeschalteter Einzeltransistoren mit Widerständen in den Emitterzuleitungen. Figur 2 zeigt eine Anordnung gemäß der Erfindung, bei der erfindungsgemäß die Widerstände in den Emitterzuleitungen der Einzeltransistoren als Meßwiderstände zur Gewinnung einer dem Strom proportionalen Signalspannung herangezogen werden, wobei zur Aus kopplung der Signalspannung zusätzliche Widerstände vorgesehen sind. In Figur 3 ist die Schaltung einer layoutgerechten Anordnung als Ausschnitt einer Zelle des Leistungstransistors gezeigt, in Figur 4 die Zusammenschaltung der einzelnen Zellen zum Verband des Leistungstransistors. Ausschnitte aus dem Layout geben die Figuren 5 bis 8 wieder. In Figur 5 sind anhand eines Schnittes (Figur 5a) und eines Layout-Ausschnitts (Figur 5b) die Maskenebenen des verwendeten Prozesses erläutert. Figur 6 zeigt den Layout-Ausschnitt der Schaltung nach Figur 3 mit einem Zenerdioden-Element als zusätzliche Komponente einer Zelle des Leistungstransistors, Figur 7 im Ausschnitt die Zusammenschaltung der in der Figur 6 genannten Komponenten zum Verband des Leistungstransistors mit den den Zellen zugeordneten Treiberstufen und Figur 8 die Bildung eines Leistungstransistors nach Figur 7 mit einer doppelzeiligen Anordnung der Zellen.
    [0009] Beschreibung der Erfindung
    [0010] In Figur 1 sind mit 1, 2, ..., n die durch die Aufspaltung der gesamten Emitterfläche in eine Vielzahl von Einzelemittern entstandenen Einzeltransistoren bezeichnet: 11, 12, ..., In sind ihre Emitter, 21, 22, ..., 2n ihre Basen und 31, 32, ..., 3n ihre Kollektoren, mit 41, 42, ..., 4n sind die Widerstände in den Zuleitungen zu den Einzelemittern bezeichnet; 40 ist der Emitteranschluß, 20 der Basisanschluß und 30 der Kollektoranschluß des durch die Parallelschaltung entstandenen Leistungstransistors. Zwischen dem Kollektoranschluß 30 und der Klemme 60 zum positiven Pol der Betriebsspannung liegt als Beispiel einer Last der Anker 61 eines Gleichstrommotors mit dem permanenten Feld 62; an eine Klemme 40 ist der negative Pol der Betriebsspannung angeschlossen. Figur 2 zeigt dieselbe Konfiguration wie Figur 1, jedoch ergänzt durch Widerstände 71, 72, ..., 7n, die einerseits an die Emitter der Teiltransistoren, andererseits an eine Leitung 70 zum Auskoppeln einer Signalspannung angeschlossen sind. Diese Leitung kann besonders bei in der Technologie vorhandener Mehrlagenverdrahtung metallisch ausgeführt sein. Sie läßt sich jedoch auch "vergraben" mittels niederohmiger Diffusionszonen darstellen.
    [0011] Besonders vorteilhaft ist es, die Widerstände 41, 42, ..., 4n im Layout in unmittelbarer Nachbarschaft der zugehörigen Emitter anzuordnen, sie also thermisch eng an den Emitter zu koppeln, und ihnen einen positiven Temperaturkoeffizienten zu geben. Für den Einsatz dieses Leistungstransistors als Endglied einer Regelschaltung bedeutet der positive Temperaturkoeffizient keinen Nachteil, da sich mit bekannten Mitteln der integrierten Schaltungstechnik nahezu jeder beliebige Temperaturgang der Regelschaltung darstellen laßt und sich somit auch der Temperturkoeffizient der in den Emitterzuleitungen liegenden Meßwiderstände kompensieren läßt. Im vorliegenden Beispiel sind sie in Emitterdiffusion dargestellt; sie sind aber ebenso mittels einer anderen Diffusion oder etwa mittels Polysilizium auszuführen.
    [0012] Für das Layout eines integrierten Leistungstransistors ist es vorteilhaft, eine Vielzahl der Teiltransistoren nach Figur 1 oder 2 zu Zellen zusammenzufassen, wobei der Leistungstransistor dann wiederum aus der Parallelschaltung einer Vielzahl von Zellen besteht.
    [0013] In Figur 3, dem Schaltungsausschnitt eines im Layout ausgeführten Beispiels, sind die Zellen nochmals in Halbzellen unterteilt und Komponenten für die m-te Halbzelle eingetragen. Es sind 02m, 03m, 04m und 07m die Sammelleitungen für Basis-, Kollektor-, Emitteranschluß und Signalspannung, ferner m/1, m/2, m/3, m/4 paarweise zusammengefaßte Teiltransistoren mit ebenso paarweise angeordneten Widerständen 7 (m/n). Die Widerstände 7 (m/1) und 7 (m/2) bzw. 7 (m/3) und 7 (m/4) liegen mit jeweils einem Ende an den Emittern 1 (m/1) bzw. 1 (m/2) usw. der Transistoren m/1 bzw. m/2 usw., während ihre anderen Enden miteinander verbunden und über den Widerstand 7 (m/1, 2) an die Signalleitung 07m angeschlossen sind.
    [0014] Da die Breite einer Zelle einerseits durch die nebeneinanderliegenden Anschlußflächen für Emitter und Kollektor, andererseits aber durch die abzuführende Verlustleistung bestimmt ist, lassen sich nicht nur die Widerstände 4 (m/1), ... in den Emitterzuleitungen und die zugehörigen Widerstände 7 (m/1), ... zum Auskoppeln der Signalspannung über eine vergrabene Leitung 07m, ... flächenneutral unterbringen, sondern auch noch eine Avalanche-Diode 9 hoher Verlustleistung, deren Durchbruchspannung sicher unterhalb der Kollektor-Emitter-Haltespannung des Leistungstransistors eingestellt ist, beispielsweise durch die Implantations-Dosis der "unteren" Isolierungsdiffusion. Die Avalanche-Diode 9 besteht aus Elementen 9 (m/2), 9 (m/4), ..., die jeweils in Lücken untergebracht sind, die zwischen je zwei Widerstandspaaren freigelassen sind. Diese Avalanche-Dioden sind besonders bei induktiven Lasten zweckmäßig, da sie den nach dem Ausschalten noch weiter fließenden Kollektorstrom übernehmen und Spannungsdurchschläge verhindern.
    [0015] Das Layout einer Zelle entsteht nun, wie weiter unten noch gezeigt wird, aus dem Layout einer Halbzelle durch Spiegeln der Kalbzelle an demjenigen Rand der Halbzelle, bis zu dem sich die Kollektoranschlußsammelleitung bzw. die Kollektoranschlußdiffusion der Halbzelle erstreckt.
    [0016] Die Parallelschaltung einzelner Zellen 101, 102, ..., 10n mit ihren Elektroden 02n, 03n, 04n und 07n zum Leistungstransistor mit den sinngemäßen Anschlüssen 200, 300, 400 und 700 ist in Figur 4 dargestellt. Darüber hinaus ist eine "Referenzmasse" 800 eingeführt. Für das Layout einer monolithisch integrierten Schaltung mit einem stromstarken Leistungstransistor gemäß der Erfindung kann es vorteilhaft sein, die Zellen so aufzubauen, daß die Anschlußflecken von Emitter und Kollektor jeder Zelle nebeneinander liegen. Jeder dieser Anschlußflecken läßt sich dann auf dem kürzesten Weg mit den nach außen führenden Anschlüssen 300 und 400 verbinden, beispielsweise mittels durch Automaten gezogenen Bonddrähten. Unabhängig davon jedoch, ob der Emitteranschluß 041, 042, 04n jeder Zelle direkt mittels eines Bonddrahts nach außen geführt ist oder bei einer anderen Zusammenfassung im Layout zum gemeinsamen Emitter 400, ergeben sich bei den vorliegenden großen Strömen störende Potentialdifferenzen zwischen den Punkten 401, 402, 40n. Um diese Potentialdifferenzen auszumitteln, sind die genannten Punkte über Widerstände 81, 82, ... 8n mit der Leitung 800 verbunden, die ein stromunabhängiges Massepotential einem in der Zeichnung nicht dargestellten Regelverstärker zuführt.
    [0017] In den Figuren 5a und 5b ist beispielhaft ein möglicher Prozeß zur Darstellung des Gegenstands der Erfindung auf monokristallinem Silizium schematisch, d.h. ohne den Versatz durch Unterätzung und Unterdiffusion usw., dargestellt. Es bedeuten:
    [0018] 000 Substrat (p-)
    [0019] 001 Leitschicht (n+)
    [0020] 002 untere Isolierungsdiffusion (p+ ) 100 Epitaxie (n-)
    [0021] 003 obere Isolierungsdiffusion (p+)
    [0022] 004 Kollektoranschluß-Diffusion (n+)
    [0023] 005 Basisdiffusion (p)
    [0024] 006 Emitterdiffusion (n+) 007 Deckoxid
    [0025] 008 Metallisierung
    [0026] 009 Schutzschicht
    [0027] 070, 090 Kontaktfenster in den Ebenen 007, 009
    [0028] Die beiden Isolierungs-Diffusionen 002/003 sind weit, die Kollektoranschluß-Diffusion 004 eng von links unten nach rechts oben schraffiert, das strukturierte Metall 008 dagegen von links oben nach rechts unten. Die Schutzschicht 009 kann aus einem Silan- oder Plasma-Oxid oder aus einem Plasma-Nitrid bestehen.
    [0029] Figur 5a stellt einen Schnitt entlang der Linie GH von Figur 5b dar. Ferner sind die Bezeichnungen der geschnittenen Komponenten entsprechend den Figuren 3 und 4 mit eingetragen.
    [0030] Figur 5b ist das Plot des zugehörigen Layouts in gleicher Darstellung. Die kräftigsten Linien zeigen die Umrisse der Kontaktfenster, die beiden schwächsten die von Emitter und Leitschicht. Die Basis ist nur wenig schwächer als die Kontaktfenster gezeichnet. Zusammen mit dem Schnitt nach Figur 5a lassen sich die entsprechenden Zonen eindeutig zuordnen.
    [0031] Das Layout nach Figur 6 weist die topologische Anordnung der Komponenten nach Figur 4 und 5 aus. Die bereits bekannten Komponenten tragen wieder dieselben Bezeichnungen. Da sie sich stets wiederholen, sind sie nur einmal innerhalb einer Halbzelle bezeichnet. Die Zelle entsteht nun aus der Halbzelle durch Spiegeln an der Symmetrieachse EF der Zelle. Ebenso entsteht der Zellverband aus den einzelnen Zellen jeweils durch Aneinanderreihen einzelner Zellen entlang ihrer Grenzen CD bzw. wegen ihrer Symmetrie auch durch Spiegeln an einer der Symmetrieachsen CD. Die metallischen Leitungen sind ebenfalls wieder von links oben nach rechts unten schraffiert. Entsprechend sind 02m die Basissammelleitung, 03m die Kollektorsammelleitung und 04m die Emittersammelleitung der m-ten Halbzelle. Die Teilemitter 1 (m/1), 1 (m/2), ... liegen im gemeinsamen Basisgebiet 2m, das mit 02m angeschlossen ist.
    [0032] Die Widerstände 4 (m/1), 4 (m/2), ... sind in einem mittels der Emittersammelleitung 04m an Masse angeschlossenen Basisgebiet 91m untergebracht. Die Kollektorzonen der einzelnen Zellen sind gegeneinander isoliert mittels der genannten "unteren" und "oberen" Isolierungsdiffusion, dargestellt durch die weit von links unten nach rechts oben schraffierten Teilstücke 0021, 0031 und 002m, 003m zu beiden Seiten der Leitung 071m, wobei die Leitung 071m zum Auskoppeln der Signalspannung dient und vergraben unter der Emittersammelleitung 041m liegt. Die Leitung 071m ist in diesem Falle mit der stark n-dotierten Kollektoranschluß-Diffusion 004 ausgeführt.
    [0033] Die Zusammenfassung von Ausschnitten nach Figur 6 zu einem Teil des Leistungstransistors von 3 Halbzellen ist in Figur 7 wiedergegeben mit den Kollektoranschlußflecken 30kl, 30mn, ... und dem Emitteranschlußfleck 401m, der über die Leitungsstücke 40kl und 40mn mit den jeweils benachbarten Emitteranschlußflecken verbunden ist. Um den Basisstrom in der Zuleitung 200 und damit deren Leiterbahnbreite hinreichend klein zu halten, sind den Zellen 101, 102, ... jeweils noch Treiberstufen 93kl, 93mn, ... zugeordnet, die jeweils zwei Halbzellen bedienen und mit weiteren Komponenten wie Zenerdioden, Widerständen usw. auf der den Anschlußflecken abgewandten Seite der Zellen angeordnet sind. Ferner sind die Widerstände 94k und 941, 94m und 94n, ... dazugekommen, die zwischen die Basisleitungen 02k, 021, 02m und 02n, ... der Halbzellen und die Emitter der Treibertransistoren 93kl und 93mn, ... geschaltet sind, sowie die Engstellen 95kl, 95mn, ... in der Metallisierung zwischen den Anschlußflecken 30kl, 30mn, ... und den Kollektorleitungen 03kl, 03mn, ... der Zellen und die Leitung 63, die zum positiven Pol der Betriebsspannung führt. Weitere Komponenten der monolithisch integrierten Schaltungsanordnung sind leicht oberhalb des gezeigten Layout-Ausschnitts anzuordnen.
    [0034] Kostengünstig zu fertigende monolithisch integrierte Leistungstransistoren erfordern eine hohe Flächenleistungsdichte, wie sie beispielsweise durch Löten zu erreichen ist. Da es in einer Großserie jedoch nicht gelingt, absolut lunkerfrei zu löten und bei der Schlußprüfung Exemplare mit feinen Lunkern sicher zu erfassen, ist ein "Selbstheileffekt" unabdingbar, um eine hohe Zuverlässigkeit zu erreichen. Dieser Selbstheileffekt wird erreicht durch die Engstellen 95kl, 95mn, ... zwischen Kollektoranschlußfleck 30kl, 30mn, ... und Kollektorsammelleitung 03kl, 03mn, ... Wird ein Teil einer Zelle oder auch mehrerer Zellen durch einen darunterliegenden Lunker überhitzt, geht also in die Eigenleitung, so übernimmt der betroffene Teil den insgesamt möglichen Strom, die Engstelle bzw. die Engstellen brennen durch. Damit ist die Zelle, in der der zerstörte Teil liegt, von dem gesund gebliebenen Rest des Leistungstransistors abgetrennt. Damit jetzt die mit ihrem Emitter direkt verschmolzene Basis der zerstörten Zelle den gesund gebliebenen Zellen nicht den Basisstrom wegnimmt, sind die Widerstände 94k, 941, 94m und 94n, ... zwischen die Basissammelleitungen 02k und 021 bzw. 02m und 02n, ... zweier Halbzellen und die gemeinsame Basissammelleitung 200 des Zellverbandes bzw. der Transistorzeile geschaltet. Sie können dabei vor den Treibertransistoren oder, wie hier dargestellt, nach den Treibertransistoren innerhalb der zwischen Leistungstransistorzeile und Treibertransistorzeile verlaufenden Zone der Isolierungsdiffusion flächenneutral angeordnet und mittels der Emitterdiffusion dargestellt sein.
    [0035] Für großflächige monolithisch integrierte Schaltungen empfiehlt es sich, wie in Figur 8 gezeigt, die zu einer Zeile zusammengefaßten Zellen entlang einer Achse AB zu spiegeln und weitere Schaltungsteile links und/oder rechts von dem den Leistungstransistor bildenden Zellverband anzuordnen.
    [0036] Eine Halbzelle des hier im Ausschnitt gezeichneten Ausführungsbeispiels enthält 18 Teilemitter bzw. Teiltransistoren. Sie bleibt bei einem Strom von 0,5 A und einer Belastung von ca. 7 W frei von "second breakdown". Der Leistungstransistor wurde aus 56 Halbzellen aufgebaut. Ohne die Kennwerte des mit ihm zusammenarbeitenden Stromreglers nennenswert zu beeinflussen, konnten sich bis zu 4 Zellen infolge Überlast abtrennen.

    INTERNATIONALE ANMELDUNG VERÖFFENTLICHT NACH DEM VERTRAG ÜBER DIE INTERNATIONALE ZUSAMMENARBEIT AUF DEM GEBIET DES PATENTWESENS (PCT)
    (51) Internationale Patentklassifikation 4 (11) Internationale Veröffentlichungsnummer. WO 89/ 0 H01L 29/72, H03K 17/12 AI (43) Internationales
    Veröffentlichungsdatum 10. August 1989 (10.0
    (21) Internationales Aktenzeichen: PCT/DE89/00034 (81) Bestimmungsstaaten: AT (europäisches Patent), BE ropäisches Patent), CH (europäisches Patent), DE (
    (22) Internationales Λnmeldedatum: päisches Patent), FR (europäisches Patent), GB (e
    21. Januar 1989 (21.01.89) päisches Patent), IT (europäisches Patent), LU (e päisches Patent), NL (europäisches Patent), SE (e
    (31) Prioritätsaktenzeichen: P 38 02 767.4 päisches Patent), US. .
    (32) Prioritätsdatum: 30. Januar 1988 (30.01.88) Veröffentlicht
    Mit internationalem Recherchenbericht.
    (33) Prioritätsland: DE
    (71) Anmelder (für alle Bestimmungsstaaten ausser US): RO¬
    BERT BOSCH GMBH [DE/DE]; Postfach 10 60 50, D-7000 Stuttgart 10 (DE).
    (72) Erfinder ;und
    (75) Erfinder/Anmelder (nur für US) : CONZELMANN, Gerhard [DE/DE]; Wilhelmstr. 37, D-7022 Leinfel- den-Oberaichen (DE). HAACK, Dietmar [DE/DE]; Im Efeu 18, D-7417 Reutlingen 17 (DE). FIEDLER, Gerhard [DE/DE]; Talstr. 30, D-7441 Neckartailfm- gen (DE).
    (54) Title: ELECTRONIC APPLIANCE
    (54) Bezeichnung: ELEKTRONISCHES GERÄT gn^.
    61 Q62
    30o- lϊf ~~ 3nT
    2. /1 22 / ;
    20α- 2n, h12 ln
    (57) Abstract
    An electronic appliance comprises a monolithically incorporated power transistor composed of a plurality of i vidual partial transistors (1, 2, 3, ..., n) connected in parallel. In order to stabilise the distribution of the total current tween the individual partial transistors (1, 2, 3, ..., n), resistors (41, 42, 43, ..., n) are arranged in their emitter feed li When the power transistor is used in electronic appliances with current regulation or limitation, at least one of the resis (41, 42, 43, ..., 4n) arranged in the emitter feed lines of the partial transistors (1, 2, 3, ..., n) serves as a precision resistor obtaining a signal voltage proportional to the current.
    (57) Zusammenfassung
    Es wird ein elektronisches Gerät mit einem monolithisch integrierten Leistungstransistor vorgeschlagen, der aus Parallelschaltung einer Vielzahl einzelner Teiltransistoren (1, 2, 3, ..., n) besteht. Zur Stabilisierung der Verteilung des S menstroms auf die einzelnen Teiltransistoren (1, 2, 3, ..., n) sind in deren Emitterzuleitungen Widerstände (41, 42, 43 4n) vorgesehen. Für Anwendungen des Leistungstransistors in elektronischen Geräten mit Stromregelung bzw. Stro grenzung dient mindestens einer der Widerstände (41, 42, 43, ..., 4n) in den Emitterzuleitungen der Teiltransistoren (1, ..., n) als Meßwiderstand zur Gewinnung einer dem Strom proportionalen Signalspannung.
    LEDIGUCHZUR INFORMAΗON
    Code, die zur Identifizierung von PCT-Vertragsstaaten auf den Kopfbögen der Schriften, die internationale Anmeldungen gemäss dem PCT veröffentlichen.
    AT Österreich FR Frankreich MR Mauritanien
    AU Australien GA Gabun MW Malawi
    BB Barbados GB Vereinigtes Königreich NL Niederlande
    BE Belgien Hü Ungarn NO Norwegen
    BG Bulgarien rr Italien RO Rumänien
    BJ Benin JP Japan SD Sudan
    BR Brasilien KP Demokratische Volksrepublik Korea SE Schweden
    CF Zentrale Afrikanische Republik KR Republik Korea SN Senegal
    CG Kongo LI Liechtenstein SU Soviet Union
    CH Schweiz LK Sri Lanka TD Tschad
    CM Kamerun ü Luxemburg TG Togo
    DE Deutschland, Bundesrepublik MC Monaco US Vereinigte Staaten von Amerika
    DK Dänemark MG Madagaskar
    FI Finnland ML Mali
    权利要求:
    ClaimsAnsprüche
    1. Elektronisches Gerät mit einem monolithisch integrierten Leistungstransistor, bestehend aus der Parallelschaltung einer Vielzahl einzelner Teiltransistoren (1, 2, 3, ..., n) mit Widerständen (41, 42, 43, ..., 4n) in ihren Emitterzuleitungen zur Stabilisierung der Verteilung des Summenstroms auf die einzelnen Teiltransistoren (1, 2, 3, ..., n), dadurch gekennzeichnet, daß für Anwendungen in elektronischen Geräten mit Stromregelung bzw. Strombegrenzung mindestens einer der Widerstände (41, 42, 43, ..., 4n) in den Emitterzuleitungen als Meßwiderstand zur Gewinnung einer dem Strom proportionalen Signalspannung dient.
    2. Elektronisches Gerät nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die einzelnen Teiltransistoren (1, 2, 3, ..., n) in mehrere Gruppen zusammengefaßt sind, wobei eine Gruppe eine Zelle des Leistungstransistors bildet.
    3. Elektronisches Gerät nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Kollektorgebiete der einzelnen Zellen (k, l bzw. m, n) gegeneinander isoliert sind, wobei vorzugsweise eine Vielzahl von Zellen des Leistungstransistors zu einer Transistorzeile zusammengefaßt ist.
    4. Elektronisches Gerät nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß jeder Zelle (k, l bzw. m, n) einer Zeile des Leistungstransistors je ein nebeneinanderliegender Emitter- und Kollektoranschlußfleck für nach außen führende Emitter- bzw. Kollektoranschlußleitungen zugeordnet ist.
    5. Elektronisches Gerät nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Zellen (k, 1 bzw. m, n) einer Zeile des Leistungstransistors jeweils aus zwei spiegelbildlich zueinander angeordneten Halbzellen (k und m bzw. m und n) bestehen, daß für beide Halbzellen (k und 1 bzw. m und n) eine gemeinsame Kollektorsammelleitung (03kl bzw. 03mn) vorgesehen ist, die in der Mitte der Zelle (k, l bzw. m, n) verläuft, und daß für beide Halbzellen (k und 1 bzw. m und n) voneinander getrennte Emittersammelleitungen (04k und 041 bzw. 04m und 04n) vorgesehen sind, die an den beiden Rändern der Zelle (k, 1 bzw. m, n) verlaufen und mit den jeweiligen Emittersammelleitungen (04ik bzw. 041m bzw. 04no) der beiden Halbzellen, die den jeweils angrenzenden Zellen (h, i bzw. k, 1 bzw. m, n bzw. o, p) angehören, einstückig ausgebildet sind.
    6. Elektronisches Gerät nach Ansrpuch 5, dadurch gekennzeichnet, daß für nach außen führende Kollektor- bzw. Emitteranschlußleitungen jeder Zelle (k, l bzw. m, n) des Leistungstransistors ein Kollektoranschlußfleck (30kl bzw. 30mn) zugeordnet ist, in den die Kollektorsammelleitung (03kl bzw. 03mn) der Zelle mündet, und daß zwischen den Kollektoranschlußflecken (30kl, 30mn) einer Zeile des Leistungstransistors je ein Emitteranschlußfleck (401m) vorgesehen ist, in den die beiden miteinander zusammenhängenden Emittersammelleitungen (041m) der am Rand der aneinandergrenzenden Zellen liegenden Halbzellen (l und m) münden.
    7. Elektronisches Gerät nach Anspruch 4 oder 6, dadurch gekennzeichnet, daß in dem monolithisch integrierten Leistungstransistor zwei Transistorzeilen vorgesehen sind, von denen die zweite spiegelbildlich zur ersten so angeordnet ist, daß die Emitter- und Kollektoranschlußflecken (401m; 30kl, 30mn) des monolithisch integrierten Leistungstransistors an zwei aneinander gegenüberliegenden Außenkanten des monolithisch integrierten Schaltungsteils des elektronischen Geräts verlaufen.
    8. Elektronisches Gerät nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß zwischen den beiden Transistorzeilen des monolithisch integrierten Leistungstransistors neben Versorgungsleitungen (200; 02k, 02l; 02m, 02n; ...) weitere Schaltungsteile, beispielsweise Treiberstufen mit ihren zugehörigen Transistoren (93kl, 93mn, ...) und deren Emittervorwiderständen (94k, 941; 94m, 94n; ...) sowie zum Schutz gegen Überspannungen gegebenenfalls erforderliche Komponenten, insbesondere Z-Dioden, angeordnet sind.
    9. Elektronisches Gerät nach einem der Ansprüche 2 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß die Teiltransistoren im Kern einer Zelle des Leistungstransistors mit geringerer Stromdichte, die in den Randzonen der Zelle mit höherer Stromdichte betreibbar sind, so daß die jeweilige Zelle über die ganze von ihr eingenommene Fläche beim Betrieb des Leistungstransistors mindestens annähernd gleich warm wird.
    10. Elektronisches Gerät nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß der Leistungstransistor derart ausgebildet ist, daß die mittlere Stromdichte der Zellen, die im Kern des Leistungstransistors angeordnet sind, geringer ist als die mittlere Stromdichte der am Rand des Leistungstransistors liegenden Zellen, so daß der Leistungstransistor beim Betrieb über die ganze von ihm eingenommene Fläche mindestens annähernd gleich warm wird.
    11. Elektronisches Gerät nach Anspruch 9 oder 10, dadurch gekennzeichet, daß zur Reduzierung der Stromdichte eines Teiltransistors (1, 2, 3, ... n) des Leistungstransistors die Stromdichte im Emitter (11, 12, 13, ... 1n) des Teiltransistors (1, 2, 3, ..., n) reduziert ist durch Vergrößern seiner Emitterfläche und/oder durch Vergrößern des Widerstandes (41, 42, 43, ... 4n) in seiner EmitterZuleitung.
    12. Elektronisches Gerät nach einem der Ansprüche 2 bis 11, dadurch gekennzeichnet, daß mindestens einer der Widerstände (41, 42, 43, ..., 4n) in den Emitterzuleitungen pro Zelle des Leistungstransistors als Meßwiderstand zur Gewinnung der Signalspannung dient und daß zwischen dem emitterseitigen Potentialabgriff des Meßwiderstandes und einer zur Auskopplung der Signalspannung dienenden Auskoppelleitung (70) für jeden Meßwiderstand mindestens ein diesem zugeordneter Entkopplungswiderstand (71, 72, 73, ... 7n) angeordnet ist.
    13. Elektronisches Gerät nach einem der Ansprüche 1 bis 12, dadurch gekennzeichnet, daß die in den Emitterzuleitungen der Teiltransistoren (1, 2, 3, ..., n) des Leistungstransistors liegenden Widerstände (41, 42, 43, ..., 4n) einen positiven Temperturkoeffizienten aufweisen.
    14. Elektronisches Gerät nach einem der Ansprüche 1 bis 13, dadurch gekennzeichnet, daß die in den Emitterzuleitungen der Teiltransistoren (1, 2, 3, ..., n) des Leistungstransistors liegenden Widerstände (41, 42, 43, ..., 4n) außerhalb der als Basis für die Teiltransistoren (1, 2, 3, ..., n) dienenden Zone (2k, 21, 2m, ...) angeordnet sind.
    15. Elektronisches Gerät nach Anspruch 14, dadurch gekennzeichnet, daß die Widerstände (41, 42, 43, ..., 4n) in den Emitterzuleitungen aus Zonen mit Emitterdiffusion bestehen, die in einer aus p-dotiertem Material, beispielsweise aus Basismaterial bestehenden Zone (91k, 91l, 91m, ...) untergebracht sind, die von der zugehörigen Basiszone (2k, 2l, 2m, ...) des Teiltransistors durch Kollektormaterial getrennt ist.
    16. Elektronisches Gerät nach Anspruch 15 mit einem monolithisch integrierten Leistungstransistor in einer Ausführung als npn-ϊransistor, dadurch gekennzeichnet, daß die aus p-dotiertem Material bestehende p-leitende Zone (91k, 911, 91m, ...), in der die in den Emitterzuleitungen der Teiltransistoren liegenden Widerstände (41, 42, 43, ..., 4n) untergebracht sind, auf ein Potential gelegt ist, das niedriger ist als das Potential der die Basis der Teiltransistoren bildenden p-leitenden Zone (2k, 21, 2m, ...).
    17. Elektronisches Gerät nach einem der Ansprüche 12 bis 16, dadurch gekennzeichnet, daß die Entkopplungswiderstände (71, 72, 73, ... 7n) außerhalb der als Basis für die Teiltransistoren (1, 2, 3, ..., n) dienenden Zone (2k, 21, 2m, ...) angeordnet sind.
    18. Elektronisches Gerät nach Anspruch 17, dadurch gekennzeichnet, daß die Entkopplungswiderstände (71, 72, 73, ..., 7n) aus Zonen mit Emitterdiffusion bestehen, die in einer aus p-dotiertem Material bestehenden Zone (91k, 91l, 91m, ...) untergrebracht sind, die von der zugehörigen Basiszone (2k, 2l, 2m, ...) des Teiltransistors durch Kollektormaterial getrennt ist.
    19. Elektronisches Gerät nach Anspruch 17 oder 18, dadurch gekennzeichnet, daß die Entkopplungswiderstände (71, 72, 73, ..., 7n) und die in den Emitterzuleitungen der Teiltransistoren des Leistungstransistors liegenden Widerstände (41, 42, 43, ..., 4n) in derselben Diffusionszone (91k, 91l , 91m, . . . ) untergebracht sind .
    20. Elektronisches Gerät nach einem der Ansprüche 12 bis 19, dadurch gekennzeichnet, daß die Auskoppelleitung (70) für die Signalspannung als n-dotierte Diffusionszone vergraben in dem einkristallinen Halbleitermaterial des monolithisch integrierten Leistungstransistors untergebracht ist.
    21. Elektronisches Gerät nach Anspruch 20, dadurch gekennzeichnet, daß die n-dotierte Diffusionszone, die die Auskoppelleitung für die Signalspannung bildet, aus Emittermaterial (006) besteht.
    22. Elektronisches Gerät mit einem in Bipolar-Epitaxialtechnik ausgeführten monolithisch integrierten Leistungstransistor nach Anspruch 20, dadurch gekennzeichnet, daß die n-dotierte Diffusionszone, die die Auskoppelleitung für die Signalspannung bildet, aus Leitschichtmaterial (001) besteht.
    23. Elektronisches Gerät mit einem in Bipolar-Epitaxialtechnik ausgeführten monolithisch integrierten Leistungstransistor nach Anspruch 20, dadurch gekennzeichnet, daß die n-dotierte Diffusionszone, die die Auskoppelleitung (071m) für die SignalSpannung bildet, aus Kollektoranschlußdiffusionsmaterial (004) besteht.
    24. Elektronisches Gerät mit einem in Bipolar-Epitaxialtechik ausgeführten monolithisch integrierten Leistungstransistor nach einem der Ansprüche 2 bis 23, dadurch gekennzeichnet, daß zwischen einer nach außen führenden Emittersammelleitung (041m, ...) einer Zelle des Leistungstransistors und der n-dotierten Leitschicht (001) der Zelle eine auf der Leitschicht (001) aufsitzende p-dotierte Zone angeordnet ist, die mit der Leitschicht (001) eine Z-Diode (9) bildet.
    25. Elektronisches Gerät nach Anspruch 24, dadurch gekennzeichnet, daß die auf der Leitschicht (001) aufsitzende p-dotierte Zone eine Isolierungsdiffusionszone (002, 003) des monolithisch integrierten Leistungstransistors ist.
    26. Elektronisches Gerät nach Anspruch 24, dadurch gekennzeichnet, daß die auf der Leitschicht aufsitzende p-dotierte Zone eine auf der Leitschicht (001) implantierte Zone ist, wobei die Durchbruchspannung der gebildeten Z-Diode (9) mittels der Implantationsdosis eingestellt ist.
    27. Elektronisches Gerät nach einem der Ansprüche 24 bis 26, dadurch gekennzeichnet, daß die Z-Diode (9) in einzelne Teildioden unterteilt ist, die jeweils auf Lücke zwischen den in den Emitterzuleitungen der Teiltransistoren (1, 2, 3, ..., n) liegenden Widerständen (41, 42, ..., 4n) der Zellen des Leistungstransistors angeordnet sind.
    28. Elektronisches Gerät nach einem der Ansprüche 3 bis 27, dadurch gekennzeichnet, daß eine Kollektorsammelleitung (03kl, 03mn) jeder Zelle mit einem der Zelle zugeordneten Anschlußfleck (30kl, 30mn) über eine Metallisierung (95kl, 95mn) verbunden ist, deren Querschnitt, vorzugsweise durch Erzeugen einer Engstelle, so ausgelegt ist, daß sich eine im Betrieb defekt werdende Zelle von den Kollektoren der intakten Zellen durch Abbrennen der Metallisierung (95kl, 95mn) abzutrennen vermag.
    29. Elektronisches Gerät nach Anspruch 28, dadurch gekennzeichnet, daß zur Entkopplung der Basisansteuerung einer defekten Zelle des Leistungstransistors gegen die intakten Zellen jeder Zelle ein Basisvorwiderstand (94k, 941, 94m, 94n) vorgeschaltet ist.
    30. Elektronisches Gerät nach mindestens einem der Ansprüche 2 bis
    29 mit einem mit dem Leistungstransistor zusammenarbeitenden Regelkreis, dadurch gekennzeichnet, daß das masseseitige Potential der an mindestens einem der Widerstände (41, 42, 43, ..., 4n) in den Emitterzuleitungen pro Zelle (101, 102, 103, ..., 10n) gewonnenen Signalspannung über einen Entkopplungswiderstand (81, 82, 83, ..., 8n bzw. 81m in Figur 7) mit einer Sammelleitung (800) verbunden ist, die ein masseseitiges, vom Emitterstrom des Leistungstransistors unabhängiges Referenzpotential dem Regelkreis zuführt.
    31. Elektronisches Gerät nach mindestens einem der Ansprüche 13 bis
    30 mit einem mit dem Leistungstransistor zusammenarbeitenden Regelkreis mit zwischen Steuereingang und Basis des Leistungstransistors liegenden Steuerschaltungen, dadurch gekennzeichnet, daß der positive Temperaturkoeffizient der als Meßwiderstand dienenden, in den Emitterzuleitungen der Teiltransistoren liegenden Widerstände (41, 42, 43, ..., 4n) mindestens teilweise mittels des über die Auslegung der Schaltung einstellbaren Temperaturkoeffizienten der zwischen Steuereingang und Basis des Leistungstransistors liegenden Steuerschaltungen kompensiert ist.
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    同族专利:
    公开号 | 公开日
    EP0397727A1|1990-11-22|
    EP0397727B1|1995-04-05|
    DE3802767A1|1989-08-10|
    US5068703A|1991-11-26|
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    公开号 | 申请日 | 公开日 | 申请人 | 专利标题
    法律状态:
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    优先权:
    申请号 | 申请日 | 专利标题
    DEP3802767.4||1988-01-30||
    DE19883802767|DE3802767A1|1988-01-30|1988-01-30|Elektronisches geraet|DE1989509167| DE58909167D1|1988-01-30|1989-01-21|Elektronisches gerät.|
    EP89901460A| EP0397727B1|1988-01-30|1989-01-21|Elektronisches gerät|
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