Auf einem Träger angeordnete Schaltungsanordnung mit Temperaturüberwachung und Verfahren zum Erkennen einer Übertemperatur

Die Erfindung betrifft eine auf einem Träger angeordnete, insbesondere auf einem Halbleiterchip integrierte, Schaltungsanordnung mit zumindest zwei benachbart zueinander an- geordneten Leistungsbauteilen, denen zumindest ein Temperatursensor zugeordnet ist. Die Erfindung betrifft ferner ein Verfahren zum Erkennen einer Übertemperatur insbesondere auf einem Halbleiterchip. Eine solche auf einem Halbleiterchip integrierte Schaltungsanordnung und ein solches Verfahren sind aus der DE 197 43 253 AI bekannt. Die dortigen als Leistungs schaltelemente ausgeführten Leistungsbauteile weisen in ihrem Kern Temperatursensoren auf, wobei mittels einer Auswerteschaltung bei Überschreiten einer vorbestimmten kritischen Temperatur, die durch den Temperatursensor angezeigt wird, das Leistungsschaltelement abgeschaltet wird. Ein Einschalten kann erst wieder erfolgen, wenn sowohl der im Kern des Leistungsschaltmittels angeordnete Temperatursensor als auch ein weiterer Temperatursensor, der jedoch an einer hiervon entfernten Position im Bereich von anderen temperaturempfindlichen Schaltungselementen der integrierten Schaltungen liegt, ebenfalls ein Unterschreiten des dort vorbestimmten Temperaturschwellwertes anzeigt .

Bei Halbleiterchips, auf denen eine größere Anzahl von Leistungsbauteilen, insbesondere Leistungstransistoren, als Schaltmittel für externe Lasten auf engem Raum angeordnet sind, können häufig die Temperatursensorelemente nicht mehr im Inneren dieser Leistungsbauteile platziert, sondern müssen benachbart zu ihnen angeordnet werden. Bei diesen auf einem Halbleiterchip eng benachbarten Leistungsbauteilen lässt sich jedoch aufgrund der Wärmeausbreitung, also der thermischen Überkopplung, durch ebenfalls auf dem Halbleiterchip angeordnete Auswerteschaltungen häufig keine sichere Aussage mehr treffen, welches der Leistungsbauteile für die Temperaturerhöhung verantwortlich ist .

Die gleichen Probleme können auch bei auf einer Schaltungsplatine angeordneten diskreten Bauelementen, die aus Platzgründen eng benachbart angeordnet sind, auftreten.

Grundsätzlich besteht die Möglichkeit, Übertemperaturmeldungen von Temperatursensorelementen über den Status eines Leis- tungsbauteilkontrollsignals zu plausibilisieren . Eine Über- temperaturmeldung kann z.B. verworfen werden, falls das Leistungsbauteil inaktiv ist. Allerdings versagt diese Methode beim aktiven Leistungsbauteil. Eine weitere Möglichkeit der Plausibilisierung bietet die Erkennung einer Überstromsituation beispielsweise bei Kurzschlüssen. Dieser Ansatz ist jedoch oft nicht verwendbar, da Übertemperatur auch entstehen kann, obwohl der Laststrom noch unterhalb der Überstromerkennungsschwelle liegt .

Es ist daher die Aufgabe der Erfindung, eine einfache und trotzdem sichere Übertemperaturerkennung anzugeben.

Die Aufgabe wird gelöst durch eine Schaltungsanordnung gemäß Anspruch 1 und ein Verfahren gemäß Anspruch 4. Vorteilhafte Weiterbildungen sind in den Unteransprüchen angegeben.

Demnach sind bei einer gattungsgemäßen, insbesondere auf einem Halbleiterchip integrierten Schaltungsanordnung bei einer Anzahl von n Leistungsbauteilen zumindest n+1 Temperatursen- sorelemente derart auf dem Halbleiterchip angeordnet, dass jedes von zumindest n-1 Temperatursensorelementen zu zwei Leistungsbauteilen einen annähernd gleichen Abstand hat, oder jedes der n Leistungsbauteile hat zu jeweils zwei Temperatursensorelementen einen annähernd gleichen Abstand, wobei eine Auswerteschaltung vorgesehen ist zur Erkennung einer Über- temperatur eines Leistungsbauteils, die zumindest die beiden dem Leistungsbauteil am nächsten liegenden Temperatursensorelemente auf eine Übertemperatur auswertet .

Es müssen also immer die zwei einem Leistungsbauteil am nächsten liegenden Temperatursensorelemente eine Übertemperatur anzeigen, wenn eine solche als sicher detektiert erkannt werden soll. In den allermeisten Fällen wird die Wärmeausbreitung nicht bis zu einem dritten deutlich weiter abliegenden Temperatursensorelement in ausreichendem Maß erfolgen, dass auch dieses eine Übertemperatur anzeigt und damit möglicherweise fehlerhaft das Leistungsbauteil, das benachbart zu dem überhitzten Leistungsbauteil liegt, ebenfalls als temperaturerzeugend eingestuft und damit abgeschaltet wird.

Besonders vorteilhaft ist eine Schaltungsanordnung, bei der die zumindest n-1 Temperatursensorelemente zwischen den n Leistungsbauteilen angeordnet sind. Dadurch sind die Entfernungen zu den benachbarten Temperatursensorelementen deutlich geringer als zu Temperatursensorelementen, die lediglich zu weiteren Leistungsbauteilen benachbart liegen. Dabei ist es von Vorteil, wenn die Temperatursensorelemente etwa gleich beabstandet zwischen Leistungsbauteilen angeordnet sind, sie können jedoch auch verschiedene Abstände zu den Leistungsbauteilen haben, solange jeweils zwei Temperatursensorelemente etwa den gleichen Abstand zum selben Leistungsbauteil haben.

In erfindungsgemäßer Weise soll eine Übertemperatur nur erkannt werden, wenn zumindest die beiden am nächsten liegenden Temperatursensorelemente eine Übertemperatur anzeigen.

Die Erfindung ist besonders vorteilhaft, weil kostensparend, realisierbar, wenn ein Temperatursensorelement mehr vorgesehen ist, als Leistungsbauteile vorhanden sind. Es versteht sich jedoch von selbst, dass auch mehr Temperatursensorelemente vorgesehen werden können. Die Erfindung soll nachfolgend anhand von Ausführungsbeispielen mit Hilfe von Figuren näher beschrieben werden.

Dabei zeigen

Figur 1 eine Schaltungsanordnung auf einem Halbleiterchip gemäß dem Stand der Technik

Figur 2 eine erfindungsgemäße Schaltungsanordnung in einer ersten Ausführung und

Figur 3 eine erfindungsgemäße Schaltungsanordnung in einer zweiten Ausführung. Figur 1 zeigt einen Halbleiterchip 1, auf dem beispielsweise vier Leistungsbauteile 2, 3, 4, 5 integriert sind. Den Leistungsbauteilen 2, 3, 4, 5 sind jeweils ein Temperatursensorelement 6, 7, 8, 9 zugeordnet, welche über schematisch dargestellte Leitungen 11, 12, 13, 14 mit einer Auswerteeinheit 10 verbunden sind. Die Auswerteeinheit 10 ermittelt, ob die von einem

Temperatursensorelement 6, 7, 8, 9 angezeigte Temperatur über einem vorbestimmten Schwellwert liegt und schaltet gegebenenfalls das zugeordnete Leistungsbauteil ab. Allerdings kann aufgrund von thermischer Überkopplung durch Wärmeausbreitung im Halbleiterchip beispielsweise der Temperatursensor 7 eine

Temperatur oberhalb seiner vorbestimmten Schwelle anzeigen, obwohl die Temperaturguelle nicht im direkt angrenzenden Leistungsbauteil 3 sondern in einem dazu benachbarten Leistungsbauteil 2 oder 4 vorliegt. Damit könnte in fehlerhafte Weise auch das Leistungsbauteil 3 abgeschaltet werden.

In erfindungsgemäßer Weise sind daher gemäß Figur 2 den wiederum vier Leistungsbauteilen 2, 3, 4, 5 auf einem Halbleiterchip 1 nunmehr fünf Temperatursensorelemente 16, 17, 18, 19, 20 zu- geordnet, die über schematisch dargestellte Leitungen 21, 22, 23, 24, 25 mit einer Auswerteeinheit 15 verbunden sind. Eine Übertemperatur wird hier nur angezeigt, wenn die zwei benachbart zu einem Leistungsbauteil liegenden Temperatursensorelemente beide eine Übertemperatur anzeigen. Würde beispielsweise das Leistungsbauteil 3 überhitzt sein, so würden die Temperatursensorelemente 17 und 18 eine Übertemperatur anzeigen und eine Auswertung dieser beiden Werte zu einem Abschalten des Leis- tungsbauteils 3 führen. Da von den beiden den benachbarten Leistungsbauteilen 2 und 4 zugeordneten Temperatursensorele- menten 16 und 17 bzw. 18 und 19 jeweils nur eines eine Übertemperatur anzeigt, würden diese Leistungsbauteile 2 und 4 nicht als überhitzt detektiert werden.

Auf diese Weise kann mit hoher Sicherheit auf einfache Weise ohne zusätzlichen Aufwand mittels externer Signale - beispielsweise durch Beobachten eines Überstroms oder von Ausgangsspannungen - ein sich überhitzendes Leistungsbauteil erkannt und deaktiviert werden.

Figur 3 zeigt eine besonders vorteilhafte Anordnung der Temperatursensorelemente 16, 17, 18, 19, 20 zwischen den Leistungsbauteilen 2, 3, 4, 5. Bei dieser Anordnung sind die Entfernungen zu den benachbarten Temperatursensorelementen deutlich geringer als zu weiter abliegenden Temperatursensorelementen, so dass eine noch sicherere Übertemperaturer- kennung erfolgen kann. Außerdem ist hier die Variante angedeutet, bei der jeweils ein Leistungsbauteil 2, 3, 4, 5 zu jeweils zwei Temperatursensorelementen 16, 17, 18, 19, 20 etwa den gleichen Abstand aufweist, die Temperatursensorelemente 16, 17, 18, 19, 20 jedoch mittig zwischen den Leistungsbauteilen 2, 3, 4, 5 liegen . Die Ausführungsbeispiele beziehen sich auf Realisierungen auf Halbleiterchips, wo die Erfindung besonders vorteilhaft realisiert werden kann. Allerdings kann die Erfindung ebenfalls bei sonstigen Schaltungsanordnungen, die beispielsweise diskret auf einer Leiterplatte aufgebaut sind, angewandt werden.

Als Maßnahme bei Erkennung einer Übertemperatur wurde eine Deaktivierung des überhitzten Leistungsbauelements angeführt. Es wäre jedoch gleichermaßen möglich, eine Kühlung zu aktivieren oder das Leistungsbauteil ggf. stärker einzuschalten, um dessen Verlustleistung zu reduzieren.