JP2014175654A - 共通集積回路（ｉｃ）上にブートストラップダイオードを有するパワー・カッド・フラット・ノーリード（ｐｑｆｎ）パッケージ - Google Patents

共通集積回路（ｉｃ）上にブートストラップダイオードを有するパワー・カッド・フラット・ノーリード（ｐｑｆｎ）パッケージ Download PDF

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Abstract

【課題】回路設計を簡単化し、コストを低減し、高い効率及び性能が得られ、アプリケーションの統合を容易にし、電気的及び熱的性能を高め得るパッケージを提供する。
【解決手段】パワー・カッド・フラット・ノーリード（ＰＱＦＮ）パッケージはリードフレームの上の多相インバータを含む。ＰＱＦＮパッケージは、リードフレーム上に置かれ、多相インバータを駆動ドライバを含む。ＰＱＦＮパッケージはドライバに結合されたブートストラップダイオードも含む。ブートストラップダイオードはリードフレームの上に置かれた共通集積回路（ＩＣ）に含まれる。共通ＩＣはドライバを含む。ドライバは多相インバータの高圧側パワースイッチに結合された高圧側ドライバとする。ブートストラップダイオードはＰＱＦＮパッケージの供給電圧端子に結合する。ＰＱＦＮパッケージは共通ＩＣをＰＱＦＮパッケージのブートストラップ供給電圧端子に結合するワイヤボンドを含む。
【選択図】図１Ａ

Description

本出願は、２０１３年３月７日に出願された「Power Quad Flat No-Lead (PQFN) Package Having Bootstrap Diodes on a Common Integrated Circuit (IC)」と題する米国特許仮出願第６１／７７４，５４１号の優先権の利益を主張する。本出願は、２０１２年１０月２６日に出願された「Compact Wirebonded Power Quad Flat No-Lead (PQFN) Package」と題する特許出願第１３／６６２，２２４号の一部継続出願でもあり、同第１３／６６２，２２４号は２０１１年２月２４日に出願された「Multi-Chip Module (MCM) Power Quad Flat No-Lead (PQFN) Semiconductor Package Utilizing a Leadframe for Electrical Interconnections」と題する特許出願第１３／０３４，５１９号の優先権の利益を主張しており、同第１３／０３４，５１９号は２０１０年１２月１３日に出願された「Low Cost Leadframe Based High Power Density Full Bridge Power Device」と題する米国特許仮出願第６１／４５９，５２７号の優先権の利益を主張している。本出願は上記の出願のすべてに基づき優先権の利益を主張する。更に、上記のすべての出願の開示内容は参照することにより本出願に全て組み込まれるものとする。
〔定義〕
本明細書で使用される、用語「III−Ｖ族」は少なくとも１つのIII族元素と少なくとも１つのＶ族元素を含む化合物半導体を意味する。例えば、III−Ｖ族半導体は、III族窒化物半導体の形を取り得る。「III族窒化物」又は「III−Ｎ」は窒素とアルミニウム（Ａｌ）、ガリウム（Ｇａ）、インジウム（Ｉｎ）及びボロン（Ｂ）などの少なくとも１つのIII族元素を含む化合物半導体を意味し、例えば窒化アルミニウムガリウム（ＡｌｘＧａ（１−ｘ）Ｎ、窒化インジウムガリウムＩｎｙＧａ（１−ｙ）Ｎ、窒化アルミニウムインジウムガリウムＡｌｘＩｎｙＧａ（１−ｘ−ｙ）Ｎ、砒化リン化窒化ガリウム（ＧａＡｓａＰｂＮ（１−ａ−ｂ））、砒化リン化窒化アルミニウムインジウムガリウム（ＡｌｘＩｎｙＧａ（１−ｘ−ｙ）ＡｓａＰｂＮ（１−ａ−ｂ））などの合金を含むが、これらに限定されない。また、III族窒化物は一般に、Ｇａ極性、Ｎ極性、半極性又は非極性結晶方位などの任意の極性を有するが、これらに限定されない。また、III族窒化物材料は、ウルツ鉱型、閃亜鉛鉱型、あるいは混合ポリタイプ（結晶多形）のいずれかを含むことができ、単結晶又はモノクリスタル、多結晶、または非結晶の結晶構造を含むことができる。本明細書で使用される、「窒化ガリウム」、「ＧａＮ」はIII族窒化物化合物半導体を意味し、III族元素は若干量又は相当量のガリウムを含むが、ガリウムに加えて他のIII族元素も含むことができる。また、III−Ｖ族又はＧａＮトランジスタはIII−Ｖ族又はＧａＮトランジスタを低電圧IV族トランジスタとカスコード接続することによって形成される複合高電圧エンハンスメントモードトランジスタも意味する。
さらに、本明細書で使用される、用語「IV族」はシリコン（Ｓｉ）、ゲルマニウム（Ｇｅ）及び炭素（Ｃ）などの少なくとも１つのIV族の元素を含む半導体を意味し、例えばシリコンゲルマニウム（ＳｉＧｅ）及び炭化シリコン（ＳｉＣ）などの化合物半導体も含む。また、IV族は歪化されたIV族材料を生成するためにIV族元素の２つ以上の層を含む又はIV族元素がドーピングされた半導体材料も意味し、例えばシリコン・オン・インシュレータ（ＳＯＩ）、酸素注入分離基板（ＳＩＭＯＸ）及びシリコンオンサファイヤ（ＳＯＳ）などのIV族ベースの複合基板又はシリコン複合基板も含む。
幾つかの半導体装置を組み合わせ収容するパッケージは、関連及び依存する回路コンポーネントを近接近に保つことによって、回路設計を簡単化し、コストを低減し、より高い効率及び向上した性能をもたらすことができる。更に、これらのパッケージはコンポーネントの個別パッケージを使用する場合に比べて、アプリケーションの統合を容易にするとともに電気的及び熱的性能を高めることができる。
カッド・フラット・ノーリード（ＱＦＮ）パッケージは、パワー半導体デバイス等の電気コンポーネントのためのリードレスパッケージである。ＱＦＮパッケージはパッケージ内に収容する電気コンポーネントへの接続にリードフレーム及びワイヤボンドを使用することができる。ＱＦＮは多くの場合複雑さが制限され、特により複雑な構成に対して電気配線のルーティングが課題になり得る。従って、ＱＦＮパッケージは多くの場合簡単な構成を取り、少数の電気コンポーネントを収容するものとなる。
共通集積回路（ＩＣ）上にブートストラップダイオードを有するパワー・カッド・フラット・ノーリード（ＰＱＦＮ）パッケージが概して図面の少なくとも一つに示され且つ又関連して明細書で説明され、請求の範囲で完全に特定される。
パワー・カッド・フラット・ノーリード（ＰＱＦＮ）パッケージの模範的な回路の回路図を示す。 模範的な多相パワーインバータ回路に含まれるＰＱＦＮパッケージの回路図を示す。 模範的なＰＱＦＮパッケージのリードフレームの上面図を示す。 ワイヤボンドを備える模範的なＰＱＦＮパッケージの上面図を示す。 模範的なＰＱＦＮパッケージの底面図を示す。 模範的なＰＱＦＮパッケージの一部分の断面図を示す。
以下の説明には本発明の実施形態に関連する具体的な情報が含まれる。本願の添付図面及びそれらの詳細説明は模範的な実施形態を対象にしているにすぎない。特に断らない限り、図中の同等もしくは対応する構成要素は同等もしくは対応する参照番号で示されている。更に、本願の図面及び説明図は一般に正しい寸法比で示されておらず、実際の相対寸法に対応するものではない。
図１Ａはパワー・カッド・フラット・ノーリード（ＰＱＦＮ）１００の模範的な回路の回路図を示す。図１Ｂは多相パワーインバータ回路１５０に含まれるＰＱＦＮパッケージ１００の概略図を示す。
図１Ａ及び図１Ｂにつき説明すると、ＰＱＦＮパッケージ１００は、ドライバ集積回路（ＩＣ）１０２及び多相インバータ１８０を含む。多相インバータ１８０は、Ｕ相パワースイッチ１０４ａ及び１０４ｂ、Ｖ相パワースイッチ１０６ａ及び１０６ｂ、及びＷ相パワースイッチ１０８ａ及び１０８ｂを含む。ドライバＩＣ１０２は、入力論理部１６２、レベルシフタ１６４、レベルシフタ１６６、不足電圧保護回路１６８、比較器１７０、ラッチ１７２、ゲートドライバ１７４ａ（例えば、高圧側ドライバ）、ゲートドライバ１７４ｂ（例えば、低圧側ドライバ）、キャパシタＣＲ、及びブートストラップダイオード１７６を含む。ドライバ１７４ａはドライバ１４２ｃ、１４２ｂ及び１４２ａを含む。ブートストラップダイオード１７６は、Ｕ相ブートストラップダイオードＤ１、Ｖ相ブートストラップダイオードＤ２及びＷ相ブートストラップダイオードＤ３（ブートストラップダイオードＤ１、Ｄ２及びＤ３とも称す）を含む。図１Ｂのブートストラップキャパシタ１７８は、Ｕ相ブートストラップキャパシタＣＢ１、Ｖ相ブートストラップキャパシタＣＢ２及びＷ相ブートストラップキャパシタＣＢ３（ブートストラップキャパシタＣ１、Ｃ２及びＣ３とも称す）を含む。
図１Ｂの多相インバータ回路１５０内において、ＰＱＦＮパッケージ１００は、一例として、バス電圧源１１４、供給電圧源１１６、マイクロコントローラ１２４、モータ１２６、ブートストラップキャパシタ１７８、抵抗Ｒ１、キャパシタＣ１、及びシャントＲＳに接続される。ＰＱＦＮパッケージ１００、マイクロコントローラ１２４、モータ１２６、抵抗Ｒ１、キャパシタＣ１、ブートストラップキャパシタ１７８及びシャントＲＳのどれもプリント回路板（ＰＣＢ）に装着することができる。更に、ＰＱＦＮパッケージ１００は、ＰＣＢ上の導電リードを介してバス電圧源１１４、供給電圧源１１６、マイクロコントローラ１２４、モータ１２６、抵抗Ｒ１、キャパシタＣ１、ブートストラップキャパシタ１７８、及びシャントＲＳのどれにも接続することができる。
ＰＱＦＮパッケージ１００は、ＶＢＵＳ端子１１２ａ、ＶＣＣ端子１１２ｂ、ＨＩＮ１端子１１２ｃ、ＨＩＮ２端子１１２ｄ、ＨＩＮ３端子１１２ｅ、ＬＩＮ１端子１１２ｆ、ＬＩＮ２端子１１２ｇ、ＬＩＮ３端子１１２ｈ、ＥＮ端子１１２ｉ、ＦＡＵＬＴ端子１１２ｊ、ＲＣＩＮ端子１１２ｋ、ＩＭ端子１１２ｌ、ＶＳＳ端子１１２ｍ、ＶＣＯＭ端子１１２ｎ、ＳＷ１端子１１２ｏ、ＳＷ２端子１１２ｐ、ＳＷ３端子１１２ｑ、ＶＢ１端子１１２ｒ、ＶＢ２端子１１２ｓ、及びＶＢ３端子１１２ｔも含み、これらの端子は総称してＩ／Ｏ端子１１２という。
ＰＱＦＮパッケージ１００において、ＶＢＵＳ端子１１２ａはバス電圧源１１４から入力としてＶＢＵＳ（例えば、バス電圧）を受ける。ＶＣＣ端子１１２ｂは、供給電圧源１１６からドライバＩＣ１０２への入力としてＶＣＣを受け、ＰＱＦＮパッケージ１００の供給電圧端子１１２ｂと呼ぶこともできる。ＨＩＮ１端子１１２ｃ、ＨＩＮ２端子１１２ｄ及びＨＩＮ３端子１１２ｅはマイクロコントローラ１２４からドライバＩＣ１０２への入力としてＨＩＮ１、ＨＩＮ２及びＨＩＮ３をそれぞれ受信する。ＬＩＮ１端子１１２ｆ、ＬＩＮ２端子１１２ｇ及びＬＩＮ３端子１１２ｈはマイクロコントローラ１２４からドライバＩＣ１０２への入力としてＬＩＮ１、ＬＩＮ２及びＬＩＮ３をそれぞれ受信する。
更にＰＱＦＮパッケージ１００において、ＥＮ端子１１２ｉはマイクロコントローラ１２４からドライバＩＣ１０２への入力としてＥＮを受信する。ＦＡＵＬＴ端子１１２ｊはドライバＩＣ１０２からマイクロコントローラ１２４への出力としてＦＡＵＬＴを受信する。ＲＣＩＮ端子１１２ｋは抵抗Ｒ１及びキャパシタＣ１からドライバＩＣ１０２への入力としてＲＣＩＮを受ける。ＩＭ端子１２１ｌはＵ相パワースイッチ１０４ｂ、Ｖ相パワースイッチ１０６ｂ及びＷ相パワースイッチ１０８ｂからドライバＩＣ１０２及びマイクロコントローラ１２４への入力としてＩＴＲＩＰを受ける。
更にＰＱＦＮパッケージ１００において、ＶＳＳ端子１１２ｍは論理接地ＧＶＳＳからドライバＩＣ１０２への入力としてＶＳＳを受ける。ＶＣＯＭ端子１１２ｎは電力段接地ＧＣＯＭからドライバＩＣ１０２、Ｕ相パワースイッチ１０４ｂ、Ｖ相パワースイッチ１０６ｂ及びＷ相パワースイッチ１０８ｂへの入力としてＶＣＯＭを受ける。ＳＷ１端子１１２ｏはＵ相出力ノード１１０ａからモータ１２６への出力としてＳＷ１を受ける。ドライバＩＣ１０２もＵ相出力ノード１１０ａから入力としてＳＷ１を受ける。ＳＷ２端子１１２ｐはＶ相出力ノード１１０ｂからモータ１２６への出力としてＳＷ２を受ける。ドライバＩＣ１０２もＶ相出力ノード１１０ｂから入力としてＳＷ２を受ける。ＳＷ３端子１１２ｑはＷ相出力ノード１１０ｃからモータ１２６への出力としてＳＷ３を受ける。ドライバＩＣ１０２もＷ相出力ノード１１０ｃから入力としてＳＷ３を受ける。
更にＰＱＦＮパッケージ１００において、ＶＢ１端子１１２ｒはブートストラップキャパシタＣＢ１からドライバＩＣ１０２への入力としてＶＢ１を受けとり、ブートストラップ電源端子１１２ｒと呼ぶこともできる。ＶＢ２端子１１２ｓはブートストラップキャパシタＣＢ２からドライバＩＣ１０２への入力としてＶＢ２を受けとり、ブートストラップ電源端子１１２ｓと呼ぶこともできる。ＶＢ３端子１１２ｔはブートストラップキャパシタＣＢ３からドライバＩＣ１０２への入力としてＶＢ３を受けとり、ブートストラップ電源端子１１２ｔと呼ぶこともできる。
様々な実施形態において、Ｉ／Ｏ端子１１２の数、量及び位置は図に示すものと相違させることができることは理解されよう。例えば、様々な実施形態において、ドライバＩＣ１０２と異なる能力及び／又はＩ／Ｏ要件を有する異なるドライバＩＣを使用することができる。この変更はＰＱＦＮパッケージ１００のＩ／Ｏ端子１１２にも、他の接続にも反映させることができる。一つの特定の例として、一実施形態においては、その代わりにドライバＩＣ１０２をドライバＩＣ１０２とマイクロコントローラ１２４の機能を組み込んだ機能統合ＩＣとすることができる。この場合にはマイクロコントローラ１２４の機能用に追加のＩ／Ｏ端子１１２が必要とされるが、ＦＡＵＬＴ端子１１２ｊ等の所定のＩ／Ｏ端子１１２が不要になる。
ＰＱＦＮパッケージ１００において、ドライバＩＣ１０２は、多相パワーインバータ１８０のＵ相パワースイッチ１０４ａ及び１０４ｂ、Ｖ相パワースイッチ１０６ａ及び１０６ｂ、及びＷ相パワースイッチ１０８ａ及び１０８ｂを駆動する高電圧ＩＣ（ＨＶＩＣ）とすることができる。ドライバＩＣ１０２の例として、インターナショナル・レクティフィアー社（登録商標）から入手し得る「第５世代」ＨＶＩＣがある。本実施形態において、Ｕ相パワースイッチ１０４ａ及び１０４ｂ、Ｖ相パワースイッチ１０６ａ及び１０６ｂ、及びＷ相パワースイッチ１０８ａ及び１０８ｂは、縦導通型パワーデバイスであり、例えばファスト・リバース・エピタキシャル・ダイオード・電界効果トランジスタ（ＦＲＥＤＦＥＴ）のようなIV族半導体パワー金属−酸化物−半導体電界トランジスタ（パワーＭＯＳＦＥＴ）又はIV族半導体絶縁ゲートバイポーラトランジスタ（ＩＧＢＴ）である。他の実施形態においては、III−Ｖ族半導体ＦＥＴ、ＨＥＭＴ（高電子移動度トランジスタ）、特にＧａＮ ＦＥＴ及び／又はＨＥＭＴをＵ相パワースイッチ１０４ａ及び１０４ｂ、Ｖ相パワースイッチ１０６ａ及び１０６ｂ、及びＷ相パワースイッチ１０８ａ及び１０８ｂのパワーデバイスとして使用することができる。上で定義したように、本明細書で使用する「窒化ガリウム」又は「ＧａＮ」はIII族窒化物化合物半導体を意味し、III族元素は若干量又は相当量のガリウムを含むが、ガリウムに加えて他のIII族元素も含むことができる。前述したように、III−Ｖ族又はＧａＮトランジスタは、III−Ｖ族又はＧａＮトランジスタを低電圧IV族トランジスタとカスコード接続することによって形成される複合高電圧エンハンスメントモードトランジスタも指す。ＰＱＦＮパッケージ１００はフルブリッジパワーデバイスを提供するが、代替実施形態は特定の用途により要求される他のパッケージ構成を提供することができる。
ＰＱＦＮパッケージ１００において、ＨＩＮ１、ＨＩＮ２及びＨＩＮ３は高圧側トランジスタであるＵ相パワースイッチ１０４ａ、Ｖ相パワースイッチ１０６ａ及びＷ相パワースイッチ１０８ａ用の制御信号である。入力論理部１６２はＨＩＮ１、ＨＩＮ２及びＨＩＮ３を受信し、それらをレベルシフタ１６４にそれぞれ供給する。本実施形態においては、レベルシフタ１６４は、例えば約６００ボルトを維持できる成端を有する高電圧レベルシフタである。図１Ａに示すように、レベルシフトされたバージョンのＨＩＮ１、ＨＩＮ２及びＨＩＮ３は、Ｕ相パワースイッチ１０４ａ、Ｖ相パワースイッチ１０６ａ及びＷ相パワースイッチ１０８ａに高圧側ゲート信号Ｈ１、Ｈ２及びＨ３を供給するために、ドライバ１７４ａにより受信される。ドライバ１７４ａはＨＩＮ１、ＨＩＮ２及びＨＩＮ３から高圧側ゲート信号Ｈ１、Ｈ２及びＨ３をそれぞれ発生する。ゲートドライバ１７４ａは更にＵ相出力ノード１１０ａ、Ｖ相出力ノード１１０ｂ及びＷ相出力ノード１１０ｃからＳＷ１、ＳＷ２及びＳＷ３をそれぞれ受信する。よって、ドライバ１７４ａは高圧側ドライバであり、多相インバータ１８０の高圧側スイッチに結合される。
同様に、ＬＩＮ１、ＬＩＮ２及びＬＩＮ３は低圧側トランジスタであるＵ相パワースイッチ１０４ｂ、Ｖ相パワースイッチ１０６ｂ及びＷ相パワースイッチ１０８ｂ用の制御信号である。入力論理部１６２はＬＩＮ１、ＬＩＮ２及びＬＩＮ３を受信し、それらをレベルシフタ１６６にそれぞれ供給する。本実施形態においては、レベルシフタ１６６は低電圧レベルシフタであり、論理接地ＧＶＳＳと電力段接地ＧＣＯＭとの差を補償する。これは、例えば約１〜約２ボルトとすることができる。図１Ａに示すように、レベルシフトされたバージョンのＬＩＮ１、ＬＩＮ２及びＬＩＮ３は、Ｕ相パワースイッチ１０４ｂ、Ｖ相パワースイッチ１０６ｂ及びＷ相パワースイッチ１０８ｂに低圧側ゲート信号Ｌ１、Ｌ２及びＬ３を供給するために、ゲートドライバ１７４ｂにそれぞれ供給される。ドライバ１７４ｂはＬＩＮ１、ＬＩＮ２及びＬＩＮ３から低圧側ゲート信号Ｌ１、Ｌ２及びＬ３をそれぞれ発生する。よって、ドライバ１７４ｂは低圧側ドライバであり、多相インバータ１８０の低圧側スイッチに結合される。
よって、ドライバＩＣ１０２はゲートドライバ１７４ａ及び１７４ｂを使ってＵ相パワースイッチ１０４ａ及び１０４ｂ、Ｖ相パワースイッチ１０６ａ及び１０６ｂ、及びＷ相パワースイッチ１０８ａ及び１０８ｂをスイッチング駆動して（一例として）モータ１２６を給電し、これによりモータ電流ＩＭ（すなわち、負荷電流）が発生する。本実施形態においては、ゲートドライバ１７４ａ及び１７４ｂはＵ相パワースイッチ１０４ａ及び１０４ｂ、Ｖ相パワースイッチ１０６ａ及び１０６ｂ、及びＷ相パワースイッチ１０８ａ及び１０８ｂのそれぞれに対してインピーダンス整合される。よって、ドライバ１７４ａ及び１７４ｂはゲート抵抗なしでＵ相パワースイッチ１０４ａ及び１０４ｂ、Ｖ相パワースイッチ１０６ａ及び１０６ｂ、及びＷ相パワースイッチ１０８ａ及び１０８ｂを駆動することができ、それによりＰＱＦＮパッケージ１００をより小型にすることが可能になる。
ＶＢＵＳはバス電圧源１１４からのバス電圧であり、この電圧はＵ相パワースイッチ１０４ａ、Ｖ相パワースイッチ１０６ａ及びＷ相パワースイッチ１０８ａのそれぞれのドレインに結合される。一例として、バス電圧源１１４はＡＣ−ＤＣ整流器とすることができる。ＡＣは一例として、例えば２３０ボルトのアウトレット電圧とすることができる。ＤＣ電圧は、例えばＶＢＵＳ用に約３００ボルトから約４００ボルトにすることができる。
ＶＳＳは、論理接地ＧＶＳＳからの、ドライバＩＣ１０２のサポート論理回路の論理接地である。一例として、図１ＡはＶＳＳをキャパシタＣＲの論理接地として示している。ＶＳＳはサポート論理回路の他のコンポーネントのための論理接地でもある。サポート論理回路は入力論理部１６２、レベルシフタ１６４、不足電圧保護回路１６８、比較器１７０、ラッチ１７２及びキャパシタＣＲを含むが、異なるコンポーネントを含むこともできる。ＶＣＯＭは、電力段接地ＧＣＯＭからの、Ｕ相パワースイッチ１０４ａ及び１０４ｂ、Ｖ相パワースイッチ１０６ａ及び１０６ｂ、及びＷ相パワースイッチ１０８ａ及び１０８ｂの電力段接地である。図１Ａは、パッケージ１００内のＵ相パワースイッチ１０４ａ及び１０４ｂ、Ｖ相パワースイッチ１０６ａ及び１０６ｂ、及びＷ相パワースイッチ１０８ａ及び１０８ｂのソースに接続されたＶＣＯＭを示している。図１Ａに示すように、ＶＣＯＭはドライバＩＣ１０２のゲートドライバ１７４ｂに結合される。
電力段接地と別個の論理接地は多相インバータ回路１５０にシャントＲＳを用いることで与えられる。シャントＲＳはＶＳＳ端子１１２ｍ及びＶＣＯＭ端子１１２ｎを超えて結合される。シャントＲＳはＶＣＯＭ端子１１２ｎを経てＵ相パワースイッ１０４ｂ、Ｖ相パワースイッチ１０６ｂ、及びＷ相パワースイッチ１０８ｂの各々のソースにも結合される。従って、図１Ａに示すモータ１２６からのモータ電流ＩＭは、多相インバータ１８０において、Ｕ相レグ１８２ａ、Ｖ相レグ１８２ｂ、及びＷ相レグ１８２ｃからの合成相電流である。モータ電流ＩＭは、例えば端末１１２ｌからマイクロコントローラ１２４に供給される。マイクロコントローラ１２４は、それぞれの相電流（Ｕ、Ｖ及びＷ）を再構成するために、モータ電流ＩＭを用いてＨＩＮ１、ＨＩＮ２、ＨＩＮ３、ＬＩＮ１、ＬＩＮ２及びＬＩＮ３を制御することによってパルス幅変調（ＰＷＭ）制御を行う。
このように、本実施形態においては、ＰＱＦＮパッケージ１００は電力段接地と別個の論理接地を備える。Ｕ相パワースイッチ１０４ａ及び１０４ｂ、Ｖ相パワースイッチ１０６ａ及び１０６ｂ、及びＷ相パワースイッチ１０８ａ及び１０８ｂのスイッチング中に、シャントＲＳの両端間に電圧が発生し得る。論理接地を電力段接地と別個にすることによって、サポート論理回路のための供給電圧ＶＣＣをシャントＲＳ間の電圧ではなく論理接地に対するものとすることができる。従って、別々の接地を使用することによって、ＰＱＦＮパッケージ１００は、さもなければＵ相パワースイッチ１０４ａ及び１０４ｂ、Ｖ相パワースイッチ１０６ａ及び１０６ｂ、及びＷ相パワースイッチ１０８ａ及び１０８ｂからの過度のスイッチング電圧により生じ得るラッチアップ及びノイズ誤動作から保護される。
他の実施形態においては、ＰＱＦＮパッケージ１００は論理部及び電力部に対して単一の接地を有する。例えば、ＶＳＳ端子１１２ｍ及びＶＣＯＭ端子１１２ｎは単一の端子に結合することができ、或いは互いに短絡することができる。このような一実施形態においては、ＰＱＦＮパッケージ１００はオープンソース／エミッタＰＱＦＮパッケージであり、このパッケージでは多相インバータ１８０のＵ相レグ１８２ａ、Ｖ相レグ１８２ｂ及びＷ相レグ１８２ｃの少なくとも２つからのモータ電流がＰＱＦＮパッケージ１００のそれぞれの出力として供給される。従って、例えばマイクロコントローラ１２４及び／又は他の装置はこれらのモータ電流を用いてＨＩＮ１、ＨＩＮ２、ＨＩＮ３、ＬＩＮ１、ＬＩＮ２及びＬＩＮ３を制御することによってパルス幅変調（ＰＷＭ）制御を行うことができる。
ＰＱＦＮパッケージ１００において、供給電圧ＶＣＣは供給電圧源１１６からのドライバＩＣ１０２用の供給電圧であり、この電圧は例えば約１５ボルトとすることができる。一部の実施形態においては、供給電圧源１１６はＶＢＵＳからＶＣＣを発生する。ドライバ１７４ｂは供給電圧ＶＣＣにより給電されるが、ドライバ１７４ａはブートストラップ供給電圧ＶＢ１、ＶＢ２及びＶＢ３により給電される。
ブートストラップ供給電圧ＶＢ１、ＶＢ２及びＶＢ３はブートストラップキャパシタ１７８、ブートストラップダイオード１７６及び供給電圧ＶＣＣを用いて発生される。図１Ａに示されるように、ブートストラップダイオード１７６はＰＱＦＮパッケージ１００の供給電圧端子１１２ｂに結合されるとともにドライバ１７４ａにそれぞれ結合される。ブートストラップダイオード１７６及びドライバ１７４ａはそれぞれブートストラップ供給電圧端子１１２ｒ、１１２ｓ及び１１２ｔに結合される。図１Ｂに示されるように、ブートストラップキャパシタ１７８の各々はＳＷ１端子１１２ｏ、ＳＷ２端子１１２ｐ及びＳＷ３端子１１２ｑとブートストラップ供給電圧端子１１２ｒ、１１２ｓ及び１１２ｔとの間にそれぞれ結合される。従って、本実施形態においては、ブートストラップダイオード１７６はそれぞれのブートストラップキャパシタ１７８への接続を与え、ブートストラップ供給電圧ＶＢ１、ＶＢ２及びＶＢ３を充電することができるように構成される。
一般的なＱＦＮパッケージは簡単な構成で少数の電気コンポーネントを備えた制限された機能性を有する。機能性が増加するにつれて、接続ワイヤを配線交差及び配線短絡を避けながらルーティングすることが困難になる。更に、長い配線は電機的及び熱的性能に悪影響を及ぼす。しかしながら、本開示の様々な実施形態によるＰＱＦＮは、配線交差及び配線短絡の回避及び高い電気的及び熱的性能を達成しながら、高いレベルの機能性を有するものとすることができる。
図示の実施形態において、ＰＱＦＮパッケージ１００はリードフレーム上に位置する多相インバータ１８０を収容する。更に、ＰＱＦＮパッケージ１００はリードフレーム上に位置するドライバ１７４ａ及び１７４ｂを収容し、多相インバータ１８０を駆動するように構成される。更に、ＰＱＦＮパッケージ１００はドライバ１７４ａにそれぞれ結合されたブートストラップダイオード１７６を収容する。これらの要素は、例えば約１２ｍｍ×約１２ｍｍのフットプリントを有するとともに高い電気的及び熱的性能を有するＰＱＦＮパッケージ１００で収容することができる。他の実施形態においては、ＰＱＦＮパッケージ１００は１２ｍｍ×１２ｍｍより大きいフットプリントを有するものとすることができる。更に他の実施形態においては、ＰＱＦＮパッケージ１００は１２ｍｍ×１２ｍｍより小さいフットプリントを有するものとすることができる。
ブートストラップダイオードは一般的に半導体パッケージの外部、特に多相インバータ用の半導体パッケージの外部に設けられる。しかしながら、ブートストラップダイオード１７６をＰＱＦＮパッケージ１００内に含めることにより、回路設計が簡単になり、コストが減少し、少なくとも関連及び依存する回路要素を近接近位置に維持することによってより高い効率及び向上した性能を提供することができる。更に、ＰＱＦＮパッケージ１００はアプリケーション統合を容易にするとともに電気的及び熱的性能を向上する。図１Ａに示されるように、ブートストラップダイオードＤ１、Ｄ２及びＤ３はＰＱＦＮパッケージ１００の回路を著しく複雑にする。しかしながら、ダイオードＤ１、Ｄ２及びＤ３を共通ＩＣ、例えばドライバＩＣ１０２に含めることによって、この回路の複雑さがＰＱＦＮパッケージ１００の構成に与える影響が低減される。また、ＰＱＦＮパッケージ１００のように、共通ＩＣがドライバ１７４ａ及び／又は１７４ｂを含む実施形態においては、前記影響は更に低減され得る。
ブートストラップダイオードＤ１、Ｄ２及びＤ３は、個別のコンポーネントとして含める場合、大きなパッケージ空間を費やす。例えば、本実施形態においては、ＰＱＦＮパッケージ１００は高電力用である。それゆえ、ブートストラップダイオードＤ１、Ｄ２及びＤ３は例えば約２００ボルト乃至約６００ボルトのような高い降伏電圧を有する。従って、ブートストラップダイオードＤ１、Ｄ２及びＤ３は個別のコンポーネントとして非常に大きくなる。しかしながら、ブートストラップダイオードＤ１、Ｄ２及びＤ３を共通ＩＣ、例えばドライバＩＣ１０２に含めることによって、ブートストラップダイオードＤ１、Ｄ２及びＤ３の大きさがＰＱＦＮパッケージ１００の構成に与える影響が低減される。これにより、ＰＱＦＮは入力に対するイネーブル／ディセーブル応答、故障指示、不足電圧保護、過電流保護、及び／又は別個の論理接地及び電力段接地などの機能を組み込むことが可能になる。
図示の実施形態においては、ＶＣＣは不足電圧保護回路１６８に結合される。不足電圧保護回路１６８は、ＶＣＣが例えば約９ボルトの閾値電圧以下に下がるとき不足電圧状態を検出する。ＶＣＣは入力論理部１６２に不足電圧状態を知らせ、ドライバＩＣ１０２のスイッチングをディセーブルする。ドライバＩＣ１０２のスイッチングはＥＮを用いて変更することもできる。ＥＮは、例えばマイクロコントローラ１２４がドライバＩＣ１０２のスイッチングをエネーブルするのに使用できる。特に、ドライバＩＣ１０２はＥＮに応答してＨ１、Ｈ２、Ｈ３、Ｌ１、Ｌ２及びＬ３のスイッチングをエネーブルするように構成される。
図１Ａは、ドライバＩＣ１０２に供給されるモータ電流ＩＭをＩＴＲＩＰとして示している。ドライバＩＣ１０２はＩＴＲＩＰを過電流保護のために使用している。例えば、図１ＡはＩＴＲＩＰをキャパシタＣＲにより発生される基準電圧と比較する比較器１７０を示している。ＩＴＲＩＰが基準電圧を超過すると、比較器１７０はラッチ１７２をトリガし、ラッチ１７２はＦＡＵＬＴをＦＡＵＬＴ端子１１２ｊに供給して過電流状態をマイクロコントローラ１２４に知らせる。入力論理部１６２もＦＡＵＬＴを受信し、ドライバＩＣ１０２のスイッチングを無効にする。ドライバＩＣ１０２はＲＣＩＮを用いてラッチ１７２を自動的に過電流保護からリセットする。図１Ｂに示すように、キャパシタＣ１を充電するために抵抗Ｒ１がＶＣＣ端子１１２ｂとＲＣＩＮ端子１１２ｋとの間に結合される。キャパシタＣ１はＲＣＩＮ端子１１２ｋとＶＳＳ端子１１２ｍとの間に結合される。抵抗Ｒ１及びキャパシタＣ１は過電流保護に対する自動リセットのタイミングを変更するために変えることができる。
次に図２Ａ、２Ｂ及び２Ｃにつき説明すると、図２Ａは図２Ｂ及び図２ＣのＰＱＦＮパッケージ２００のリードフレームの上面図を示す。図２ＢはＰＱＦＮパッケージ２００の上面図である。図２ＣはＰＱＦＮパッケージ２００の底面図である。本実施形態において、ＰＱＦＮパッケージ２００はマルチチップモジュール（ＭＣＭ）ＰＱＦＮパッケージであり、約１２ｍｍ×約１２ｍｍのフットプリントを有するものとし得る。他の実施形態では、ＰＱＦＮパッケージ２００は１２ｍｍ×１２ｍｍより大きいフットプリントを有するものとし得る。更に他の実施形態においては、ＰＱＦＮパッケージ２００は１２ｍｍ×１２ｍｍより小さいフットプリントを有するものとし得る。
ＰＱＦＮパッケージ２００は図１Ａ及び１ＢのＰＱＦＮパッケージ１００に対応する。例えば、ＰＱＦＮパッケージ２００は、図１ＡのドライバＩＣ１０２、Ｕ相パワースイッチ１０４ａ及び１０４ｂ、Ｖ相パワースイッチ１０６ａ及び１０６ｂ、及びＷ相パワースイッチ１０８ａ及び１０８ｂにそれぞれ対応する、ドライバＩＣ２０２、Ｕ相パワースイッチ２０４ａ及び２０４ｂ、Ｖ相パワースイッチ２０６ａ及び２０６ｂ、及びＷ相パワースイッチ２０８ａ及び２０８ｂを含む。
更に、ＰＱＦＮパッケージ２００は、ＰＱＦＮパッケージ１００内のＶＢＵＳ端子１１２ａ、ＶＣＣ端子１１２ｂ、ＨＩＮ１端子１１２ｃ、ＨＩＮ２端子１１２ｄ、ＨＩＮ３端子１１２ｅ、ＬＩＮ１端子１１２ｆ、ＬＩＮ２端子１１２ｇ、ＬＩＮ３端子１１２ｈ、ＥＮ端子１１２ｉ、ＦＡＵＬＴ端子１１２ｊ、ＲＣＩＮ端子１１２ｋ、ＩＭ端子１１２ｌ、ＶＳＳ端子１１２ｍ、ＶＣＯＭ端子１１２ｎ、ＳＷ１端子１１２ｏ、ＳＷ２端子１１２ｐ、ＳＷ３端子１１２ｑ、ＶＢ１端子１１２ｒ、ＶＢ２端子１１２ｓ、及びＶＢ３端子１１２ｔにそれぞれ対応する、ＶＢＵＳ端子２１２ａ、ＶＣＣ端子２１２ｂ、ＨＩＮ１端子２１２ｃ、ＨＩＮ２端子２１２ｄ、ＨＩＮ３端子２１２ｅ、ＬＩＮ１端子２１２ｆ、ＬＩＮ２端子２１２ｇ、ＬＩＮ３端子２１２ｈ、ＥＮ端子２１２ｉ、ＦＡＵＬＴ端子２１２ｊ、ＲＣＩＮ端子２１２ｋ、ＩＭ端子２１２ｌ、ＶＳＳ端子２１２ｍ（「論理接地端子２１２ｍ」とも称される）、ＶＣＯＭ端子２１２ｎ（「電力段接地端子２１２ｎ」とも称される）、ＳＷ１端子２１２ｏ（「Ｕ相出力端子２１２ｏ」とも称される）、ＳＷ２端子２１２ｐ（「Ｖ相出力端子２１２ｐ」とも称される）、ＳＷ３端子２１２ｑ（「Ｗ相出力端子２１２ｑ」とも称される）、ＶＢ１端子２１２ｒ、ＶＢ２端子２１２ｓ、及びＶＢ３端子２１２ｔ（「Ｉ／Ｏ端子２１２」とも称される）を含む。
図２Ａは、ドライバＩＣダイパッド２２０、Ｗ相ダイパッド２２２ａ、Ｖ相ダイパッド２２２ｂ、Ｕ相ダイパッド２２２ｃ、共通ダイパッド２２８を含むリードフレーム２６０を示す。リードフレームアイランド２３３はドライバＩＣダイパッド２２０に電気的に且つ機械的に（例えば一体的に）接続される。リードフレーム２６０は更にリードフレームストリップ２３０及び２３２、及びＩ／０端子２１２を含む。リードフレームアイランド２３４はリードフレーム２６０のリードストリップ２３０の上にあり、リードフレームストリップ２３０はリードフレーム２６０のＶ相ダイパッド２２２ｂに電気的に且つ機械的に（例えば一体的に）接続される。リードフレームアイランド２３６はリードフレーム２６０のリードストリップ２３２の上にあり、リードフレームストリップ２３２はリードフレーム２６０のＵ相ダイパッド２２２ｃに電気的に且つ機械的に（例えば一体的に）接続される。図２Ｂに示すように、リードフレームストリップ２３０及び２３２は必要に応じＰＱＦＮパッケージ２００のエッジ２４２ｃまで延長することができる。そうすれば、リードフレーム２３０及び２３２のどちらもＰＱＦＮパッケージ２００の追加のＩ／Ｏ端子を供与することができる。例えば、リードフレームストリップ２３２はＰＱＦＮパッケージ２００のエッジ２４２ｃにおいて追加のＳＷ１端子２１２ｏを供与するものとして示されている。
リードフレーム２６０はオリン・ブラス（登録商標）から入手し得る銅（Ｃｕ）合金Ｃ１９４のような高い熱及び電気伝動率を有する材料で構成することができる。リードフレーム２６０の上面２４０ａはデバイスダイ及びワイヤへの付着性を高める材料で選択的にめっきすることもできる。このめっきはリードフレーム２６０に選択的に被着された銀（Ａｇ）めっきとすることができ、この銀めっきはＱＰＬリミテッドなどの会社から入手できる。
図２Ａ及び２Ｂは、リードフレーム２６０はエッチングされたリードフレーム、例えばハーフエッチングされたリードフレームであることを示す。リードフレーム２６０のエッチング（例えばハーフエッチング）されてない部分は図２Ａ及び２Ｂに破線で示されている。リードフレームアイランド２３３、２３４及び２３６はこのようなエッチングされてない部分の例である。例えば、図２Ｃはリードフレーム２６０の底面２４０ｂを示す（ＰＱＦＮパッケージ２００の底面にも相当する）。図２Ｃは更に、リードフレーム２６０のエッチングされた部分を覆うＰＱＦＮパッケージ２００のモールドコンパウンド２６５も示している。モールドコンパウンド２６５は日立（登録商標）ケミカルから入手しうるＣＥＬ９２２０ＺＨＦ１０（ｖ７９）等の低い曲げ弾性率を有するプラスチックとすることができる。パッケージのクラッキングに耐える弾性を与えるために、モールドコンパウンド２６５で決まるＰＱＦＮパッケージ２００の高さ（又は厚さ）を薄く保つことができ、例えば０．９ｍｍ以下にすることができる。
Ｉ／Ｏ端子２１２、リードフレームアイランド２３３、リードフレームアイランド２３４及びリードフレームアイランド２３６はエッチングされず、モールドコンパウンド２６５を経てリードフレーム２６０の底面２４０ｂ（ＰＱＦＮパッケージ２００の底面に相当する）に露出される。したがって、Ｉ／Ｏ端子２１２、リードフレームアイランド２３３、リードフレームアイランド２３４及びリードフレームアイランド２３６は電気伝導性及び／又は熱放散を高めるためにリードフレーム２６０の底面２４０ｂに露出される。ＰＣＢに対応ランドを設けることによって、露出底面を必要に応じ利用することができる。リードフレーム２６０の露出領域は、例えば錫（Ｓｎ）でめっきすることがでえきる。
ドライバＩＣ２０２はリードフレーム２６０の上に置かれ、Ｕ相パワースイッチ２０４ａ及び２０４ｂ、Ｖ相パワースイッチ２０６ａ及び２０６ｂ、及びＷ相パワースイッチ２０８ａ及び２０８ｂ（図１Ａの多相インバータ１８０に相当する）を駆動するように構成される。具体的には、ドライバＩＣ２０２はリードフレーム２６０のドライバＩＣダイパッド２２０の上に置かれる。ドライバＩＣパッド２２０はドライバＩＣ２０２より大きいため、ドライバＩＣ２０２と異なる機能を有するもっと大きな異なるドライバＩＣを収容することができる。ドライバＩＣ２０２、Ｕ相パワースイッチ２０４ａ及び２０４ｂ、Ｖ相パワースイッチ２０６ａ及び２０６ｂ、及びＷ相パワースイッチ２０８ａ及び２０８ｂはワイヤボンド及びリードフレーム２６０を用いて相互接続される。
図２Ｂには更に、ワイヤボンド２４４ａのようなワイヤボンドによってドライバＩＣ２０２が、ＶＣＣ端子２１２ｂ、ＨＩＮ１端子２１２ｃ、ＨＩＮ２端子２１２ｄ、ＨＩＮ３端子２１２ｅ、ＬＩＮ１端子２１２ｆ、ＬＩＮ２端子２１２ｇ、ＬＩＮ３端子２１２ｈ、ＥＮ端子２１２ｉ、ＦＡＵＬＴ端子２１２ｊ、ＲＣＩＮ端子２１２ｋ、ＩＭ端子２１２ｌ、ＶＳＳ端子２１２ｍ、ＶＢ１端子２１２ｒ、ＶＢ２端子２１２ｓ、及びＶＢ３端子２１２ｔに、及びＵ相パワースイッチ２０４ａ及び２０４ｂ、Ｖ相パワースイッチ２０６ａ及び２０６ｂ、Ｗ相パワースイッチ２０８ａ及び２０８ｂのそれぞれのゲートに電気的に且つ機械的に接続されることが示されている。
図２Ｂに示されるワイヤボンド２４４ａ及び同様に示されるワイヤボンドは、例えば直径１．３ミルのＧ１タイプの金（Ａｕ）ワイヤとすることができる。ワイヤボンド２４６ａ、２４６ｂ、２４６ｃ、２４６ｄ、２４６ｅ及び２４６ｆ（「ワイヤボンド２４６」）等の電力接続のためにはもっと太いワイヤを使用することができる。ワイヤボンド２４６は、例えば直径２．０ミルの銅（Ｃｕ）ワイヤとすることができ、例えばクリッケ・アンド・ソッファ（登録商標）から入手し得るＭａｘｓｏｆｔ（登録商標）ＬＤワイヤとすることができる。ワイヤボンド２４６は、ボンドステッチオンボール（ＢＳＯＢ）ボンドを使用して、接着されうる。図２Ｂに示されるように、ワイヤボンド２４６に対しては、追加の処理能力を与えるために複数のワイヤボンド、例えば２つのワイヤボンドを並列に設けることもできる。
図２Ｂは、Ｕ相パワースイッチ２０４ａ及び２０４ｂ、Ｖ相パワースイッチ２０６ａ及び２０６ｂ、Ｗ相パワースイッチ２０８ａ及び２０８ｂ、及びドライバＩＣ２０２はリードフレーム２６０に電気的に且つ機械的に接続されることを示している。この接続は、ヘンケルコーポレーションから入手し得る銀充填ＱＭＩ５２９ＨＴ等の半田又は導電性接着剤を使用して達成できる。
図２Ｂに示すように、Ｕ相パワースイッチ２０４ｂ、Ｖ相パワースイッチ２０６ｂ、及びＷ相パワースイッチ２０８ｂはＰＱＦＮパッケージ２００のエッジ２４２ａに沿ってリードフレーム２６０上に置かれる。Ｗ相パワースイッチング２０８ｂはＷ相ダイパッド２２２ａの上に置かれる。具体的には、Ｗ相パワースイッチ２０８ｂのドレイン２３６ａがＷ相ダイパッド２２２ａの上に置かれる。同様に、Ｖ相パワースイッチング２０６ｂはＶ相ダイパッド２２２ｂの上に置かれる。具体的には、Ｖ相パワースイッチ２０６ｂのドレイン２３６ｂがＶ相ダイパッド２２２ｂの上に置かれる。同様に、Ｕ相パワースイッチング２０４ｂはＵ相ダイパッド２２２ｃの上に置かれる。具体的には、Ｕ相パワースイッチ２０４ｂのドレイン２３６ｃがＵ相ダイパッド２２２ｃの上に置かれる。従って、Ｕ相パワースイッチ２０４ｂ、Ｖ相パワースイッチ２０６ｂ、及びＷ相パワースイッチ２０８ｂはリードフレーム２６０のそれぞれのダイパッドに個別に結合される。従って、図２Ｂに示すように、Ｗ相ダイパッド２２２ａはＰＱＦＮパッケージ２００のＷ相出力端子２１２ｑに対応させることができ、Ｖ相ダイパッド２２２ｂはＰＱＦＮパッケージ２００のＶ相出力端子２１２ｐに対応させることができ、Ｕ相ダイパッド２２２ｃはＰＱＦＮパッケージ２００のＵ相出力端子２１２ｏに対応させることができる。
同様に図２Ｂに示すように、Ｕ相パワースイッチ２０４ａ、Ｖ相パワースイッチ２０６ａ、及びＷ相パワースイッチ２０８ａはＰＱＦＮパッケージ２００のエッジ２４２ａと交差するエッジ２４２ｂに沿ってリードフレーム２６０上に置かれる。Ｕ相パワースイッチ２０４ａ、Ｖ相パワースイッチ２０６ａ、及びＷ相パワースイッチ２０８ａは共通ダイパッド２２８の上に置かれる。具体的には、Ｕ相パワースイッチ２０４ａのドレイン２３６ｄ、Ｖ相パワースイッチ２０６ａのドレイン２３６ｅ、及びＷ相パワースイッチ２０８ａのドレイン２３６ｆがリードフレーム２６０の共通ダイパッド２２８の上に置かれる。従って、図２Ｂに示すように、共通ダイパッド２２８はＰＱＦＮパッケージ２００のＶＢＵＳ端子２１２ａ（例えばバス電圧入力端子）に対応させることができる。
この構成の一例は図２Ｄに詳細に示されている。図２ＤはＰＱＦＮパッケージ２００の断面図を示す。図２Ｄの断面図は図２Ｂ及び２Ｃの断面２Ｄ−２Ｄに対応する。図２Ｄはリードフレーム２６０の導電性接着剤２５４及びめっき層２４８ａにより共通ダイパッド２２８に接続されたＶ相パワースイッチ２０６ａのドレイン２３６ｅを示す。導電性接着剤２５４はＱＭＩ５２９ＨＴ等の銀充填接着剤とすることができる。ＰＱＦＮパッケージ２００内に他のダイも同様にしてリードフレーム２６０に接続することができる。
Ｕ相パワースイッチ２０４ｂ、Ｖ相パワースイッチ２０６ｂ、及びＷ相パワースイッチ２０８ｂはそれぞれＵ相パワースイッチ２０４ａ、Ｖ相パワースイッチ２０６ａ、及びＷ相パワースイッチ２０８ａにリードフレーム２６０を介して結合される。
図２Ｂにおいて、ワイヤボンド２４６ａはＵ相パワースイッチ２０４ａのソース２３８ｄをリードフレーム２６０に電気的に且つ機械的に接続する。具体的には、ソース２３８ｄはワイヤボンド２４６ａによりリードフレームストリップ２３２のリードフレームアイランド２３６に接続される。従って、図１ＡのＵ相出力ノード１１０ａはリードフレーム２６０のリードフレームストリップ２３２上に置かれ、このリードフレームストリップ２３２がリードフレーム２６０のＵ相ダイパッド２２２ｃに接続される。従って、ＰＱＦＮパッケージ２００はワイヤボンド２４６ａ、及びワイヤボンド２４４ｂ等の他のワイヤボンドの配置に大きなフレキシビリティを有し、配線交差に起因する配線短絡を回避しながら高い電気的及び熱的性能を達成することができる。
同様に、ワイヤボンド２４６ｂはＶ相パワースイッチ２０６ａのソース２３８ｅをリードフレーム２６０に電気的に且つ機械的に接続する。図２Ｄはこの接続の一例を示す。ソース２３８ｅはワイヤボンド２４６ｂによりリードフレームストリップ２３０のリードフレームアイランド２３４にリードフレーム２６０のめっき層２４８ｂを介して接続される。リードフレームストリップ２３０は続いてＶ相ダイパッド２２２ｂを経てＶ相パワースイッチ２０６ｂのドレイン２３６ｂに接続する。ソース２３８ｄをＵ相パワースイッチ２０４ｂのドレイン２３６ｃに接続するのと同様の接続を使用することができる。ワイヤボンド２４６ｂはリードフレームアイランド２３４においてＶ相パワースイッチ２０６ａのソース２３８ｅをリードフレームストリップ２３０に接続する。従って、図１ＡのＶ相出力ノード１１０ｂはリードフレーム２６０のリードフレームストリップ２３０上に置かれ、このリードフレームストリップ２３０はリードフレーム２６０のＶ相ダイパッド２２２ｂに接続される。従って、ＰＱＦＮパッケージ２００はワイヤボンド２４６ｂ及びワイヤボンド２４４ｃ等の他のワイヤボンドの配置に大きなフレキシビリティを有し、配線交差に起因する配線短絡を回避しながら高い電気的及び熱的性能を達成することができる。
ＰＱＦＮパッケージ２００はリードフレームストリップ２３０及び／又は２３２のないリードフレームアイランド２３４及び／又は２３６を含むこともできる点に注意されたい。例えば、リードフレームアイランド２３４はＰＣＢ上のトラックを経てＶ相ダイパッド２２２ｂに接続することもできる。更に、ＰＱＦＮパッケージ２００はリードフレームアイランド２３４及び／又は２３６のないリードフレームストリップ２３０及び／又は２３２を含むこともできる。しかしながら、リードフレームアイランド２３４及び／又は２３６を有するリードフレームストリップ２３０及び／又は２３２は多くの場合ＰＱＦＮパッケージ２００内のワイヤボンドの配置に大きなフレキシビリティをもたらし、高い電気的及び熱的性能を達成することができる。
図２Ｂにおいて、ワイヤボンド２４６ｃはＷ相パワースイッチ２０８ａのソース２３８ｆをリードフレーム２６０に電気的に且つ機械的に接続する。具体的には、ワイヤボンド２４６ｃはＷ相パワースイッチ２０８ａのソース２３８ｆをリードフレーム２６０上のＷ相ダイパッド２２２ａに接続する。従って、図１ＡのＷ相出力ノード１１０ｃはＷ相パワースイッチ２０８ｂとともにリードフレーム２６０のＷ相ダイパッド２２２ａ上に置かれる。Ｗ相パワースイッチ２０８ｂはＷ相パワースイッチ２０８ａに隣接するので、Ｗ相パワースイッチ２０８ａのソース２３８ｆを、配線交差に起因する配線短絡を容易に避けながら、Ｗ相パワースイッチ２０８ｂのドレイン２３６ａに結合することができ、高い電気的及び熱的性能を達成することができる。これはリードフレームストリップ及び／又はリードフレームアイランドを使用することなく達成することもできる。
従って、ＰＱＦＮパッケージ２００は、Ｕ相出力ノード１１０ａ、Ｖ相出力ノード１１０ｂ及びＷ相出力ノード１１０ｃ間のアーク放電を避けながら大幅に小さくすることができる。例えば、追加のリードフレームストリップ及び／又はリードフレームアイランドは、アーク放電の防止のためにリードフレームストリップ２３０及び２３２間の間隔２５２を十分に大きく（例えば１ｍｍ以上）維持するために大きなＰＱＦＮパッケージ２００を必要とする。更に、この構成はＰＱＦＮパッケージ２００内のワイヤボンド配置のフレキシビリティにあまり影響を与えない。また、Ｗ相ダイパッド２２２ａはＰＱＦＮパッケージ２００の底面２４０ｂで露出するので（図２Ｃ参照）、Ｗ相出力ノード１１０ａで発生する熱をＰＱＦＮパッケージ２００から効率的に放散することができる。
ＰＱＦＮパッケージ２００はドライバＩＣ２０２のサポート論理回路に結合されたリードフレーム２６０の論理接地を含む。リードフレーム２６０の論理接地は論理接地端子２１２ｍを含む。少なくともワイヤボンド２４４ｇがリードフレーム２６０の論理接地端子２１２ｍをドライバＩＣ２０２に電気的に且つ機械的に接続し、具体的にはリードフレーム２６０の論理接地端子２１２ｍをドライバＩＣ２０２のサポート論理回路に接続する。
ＰＱＦＮパッケージ２００は更に、Ｕ相パワースイッチ２０４ｂ、Ｖ相パワースイッチ２０６ｂ、及びＷ相パワースイッチ２０８ｂのソース２３８ｃ、２３８ｂ及び２３８ａに結合されたリードフレーム２６０の電力段接地を含む。リードフレーム２６０の電力段接地は電力段接地端子２１２ｎ、ドライバＩＣダイパッド２２０、及びリードフレームアイランド２３３を含む。図２Ｂにおいて、少なくともワイヤボンド２４６ｄがリードフレーム２６０の電力段接地の電力段接地端子２１２ｎをＷ相パワースイッチ２０８ｂのソース２３８ａに電気的に且つ機械的に接続する。少なくともワイヤボンド２４６ｅがＷ相パワースイッチ２０８ｂのソース２３８ａをＶ相パワースイッチ２０６ｂのソース２３８ｂに電気的に且つ機械的に接続する。同様に、少なくともワイヤボンド２４６ｆがＶ相パワースイッチ２０６ｂのソース２３８ｂをＵ相パワースイッチ２０４ｂのソース２３８ｃに電気的に且つ機械的に接続する。従って、ソース２３８ａ、２３８ｂ及び２３８ｃはＰＱＦＮパッケージ２００内で互いに電気的に且つ機械的に接続される。
他の実施形態においては、ＰＱＦＮパッケージ２００はソース２３８ａ、２３８ｂ及び２３０ｃがＰＱＦＮパッケージ２００内で互いに電気的に接続されないオープンソース／エミッタ型ＰＱＦＮパッケージ（オープンエミッタ型ＰＱＦＮパッケージとも称す）である。例えば、ワイヤボンド２４６などのワイヤボンドはソース２３８ａ、２３８ｂ及び２３８ｃをＰＱＦＮパッケージ２００の個別の電流源端子に電気的に機械的に接続することができる。
本実施形態においては、リードフレーム２６０の電力段接地はドライバＩＣ２０２のゲートドライバ（例えば図１のゲートドライバ１７４ｂ）に結合される。ワイヤボンド２４４ｅ及び２４４ｆがリードフレーム２６０を介してＵ相パワースイッチ２０４ｂのソース２３８ｃをドライバＩＣ２０２のドライバ１７４ｂに接続する。ワイヤボンド２４４ｅがＵ相パワースイッチ２０４ｂのソース２３８ｃをリードフレーム２６０のリードフレームアイランド２３３に電気的に且つ機械的に接続する。ワイヤボンド２４４ｆがリードフレーム２６０のリードフレームアイランド２３３をドライバＩＣ２０２に電気的に且つ機械的に接続する。Ｕ相パワースイッチ２０４ｂのソース２３８ｃをリードフレーム２６０を介してドライバＩＣ２０２に接続することによってＰＱＦＮパッケージ２００の接続配線にフレキシビリティがもたらされる。しかしながら、リードフレームアイランド２３３は任意選択であり、ワイヤボンドによってＵ相パワースイッチ２０４ｂのソース２３８ｃをドライバＩＣ２０２に直接接続しても良いことに注意されたい。更に、一部の実施形態においては、ドライバＩＣ２０２は任意選択としてリードフレーム２６０のドライバＩＣダイパッド２２０の上に置かれた接地２５６を有することができる。接地２５６は電力段接地及び／又は論理接地とすることができる。図示の実施形態においては、接地２５６が電力段接地である場合には、ワイヤボンド２４４ｆは除去することができる。
このように、ＰＱＦＮパッケージ２００は、リードフレーム２６０の上に置かれた多相インバータ（例えば多相インバータ１８０）と、リードフレーム２６０の上に置かれ且つ多相インバータを駆動するように構成されたドライバ（例えばドライバ１７４ａ）とを含む。ＰＱＦＮパッケージ２００は更にドライバにそれぞれ結合されたブートストラップダイオード（例えばブートストラップダイオード１７６）を含み、これらのブートストラップダイオードはリードフレーム２６０の上に置かれた共通集積回路（ＩＣ）（ドライバＩＣ２０２）内に含めることができる。
図示の実施形態において、共通ＩＣ（例えばドライバＩＣ２０２）はドライバ１７４ａを含む。ワイヤボンド２４４ｂは、リードフレームアイランド２３６においてドライバＩＣ２０２（例えばＵ相ドライバ１４２ａ）とリードフレーム２６０のリードフレームストリップ２３２とを電気的に且つ機械的に接続する。図１ＡのＵ相出力ノード１１０ａもリードフレーム２６０のリードフレームアイランド２３６上に位置する。従って、図１ＡのＵ相ドライバ１４２ａは多相インバータ１８０のＵ相出力ノード１１０ａに結合され、Ｕ相出力ノード１１０ａはリードフレーム２６０のリードフレームアイランド２３６（及び／又はリードフレームストリップ２３２）上に位置する。
同様に、ワイヤボンド２４４ｃは、リードフレームアイランド２３４においてドライバＩＣ２０２（例えばＶ相ドライバ１４２ｂ）とリードフレーム２６０のリードフレームストリップ２３０とを電気的に且つ機械的に接続する。図１ＡのＶ相出力ノード１１０ｂもリードフレーム２６０のリードフレームアイランド２３４上に位置する。従って、図１ＡのＶ相ドライバ１４２ｂは多相インバータ１８０のＶ相出力ノード１１０ｂに結合され、Ｖ相出力ノード１１０ｂはリードフレーム２６０のリードフレームアイランド２３４（及び／又はリードフレームストリップ２３０）上に位置する。
同様に、ワイヤボンド２４４ｄは、ドライバＩＣ２０２（例えばＷ相ドライバ１４２ｃ）とＷ相パワースイッチ２０８ａのソース２３８ｆとを電気的に且つ機械的に接続する。本実施形態においては、ワイヤボンド２４４ｄはドライバＩＣ２０２とソース２３８ｆとの間の直接電気接続である。これにより、図１ＡのＷ相ドライバ１４２ｃは多相インバータ１８０のＷ相出力ノード１１０ｃに結合される。
ＰＱＦＮパッケージ２００は更に、共通ＩＣ（例えばドライバＩＣ２０２）をＰＱＦＮパッケージ２００のブートストラップ供給電圧端子２１２ｒ、２１２ｓ及び２１２ｔに結合するワイヤボンド２４４ｇ、２４４ｈ及び２４４ｉを含む。ブートストラップダイオード１７６は共通ＩＣ内にあるので、ＰＱＦＮパッケージ２００は単一の供給電圧端子（ＶＣＣ端子２１２ｂ）を必要とするのみであり、ワイヤボンド２４４ａがＶＣＣ端子２１２ｂをブートストラップダイオード１７６の各々に結合する。ドライバ１７４ａを給電するために、ブートストラップ供給電圧端子２１２ｒ、２１２ｓ及び２１２ｔからＵ出力端子２１２ｏ、Ｖ相出力端子２１２ｐ及びＷ相出力端子２１２ｑにブートストラップキャパシタ１７８をそれぞれ結合することができる。
従って、図１Ａ、１Ｂ及び図２Ａ−２Ｄにつき述べたように、様々な実施形態において、ＰＱＦＮパッケージはリードフレーム上に位置する共通ＩＣ内にブートストラップダイオードを含むことができる。幾つかの実施形態において、共通ＩＣは多相インバータのドレインを含む。そうすることで、ＰＱＦＮパッケージは配線交差及び配線短絡の回避及び高い電気的及び熱的性能を達成しながら一般的なＱＦＮより大幅に複雑にすることができる。
以上の説明から明らかなように、本願に記載の発明の概念は本発明の概念の範囲を逸脱することなく種々の技術を用いて実施することができる。更に、特に幾つかの実施形態について本発明の概念を説明したが、当業者であれば、それらの形態及び細部に本発明の概念の精神及び範囲を逸脱することなく種々な変更を加えることができることは理解されよう。従って、上述した実施形態はあらゆる点において例示的なものであり、限定的なものではないと考慮されたい。更に、本発明は上述した特定の実施形態に限定されず、本発明の範囲から逸脱することなしに、本発明に多くの再配置、変形及び置換を行い得ることを理解されたい。

Claims (20)

  1. リードフレームの上に置かれた多相インバータと、
    前記リードフレームの上に置かれ且つ前記多相インバータを駆動するように構成されたドライバと、
    前記ドライバにそれぞれ結合されたブートストラップダイオードと、
    を備え、
    前記ブートストラップダイオードは前記リードフレームの上に置かれた共通集積回路（ＩＣ）に含まれている、
    パワー・カッド・フラット・ノーリード（ＰＱＦＮ）パッケージ。
  2. 前記共通ＩＣは前記ドライバを含む、請求項１記載のＰＱＦＮパッケージ。
  3. 前記ドライバは高圧側ドライバであって、前記多相インバータの高圧側パワースイッチに結合されている、請求項１記載のＰＱＦＮパッケージ。
  4. 前記ブートストラップダイオードは前記ＰＱＦＮパッケージの供給電圧端子に結合されている、請求項１記載のＰＱＦＮパッケージ。
  5. 前記共通ＩＣを前記ＰＱＦＮパッケージのブートストラップ供給電圧端子に結合するワイヤボンドを備える、請求項１記載のＰＱＦＮパッケージ。
  6. 前記ドライバの少なくとも１つは前記多相インバータの出力ノードに結合され、前記出力ノードは前記リードフレームの第１のリードフレームストリップ上に位置する、請求項１記載のＰＱＦＮパッケージ。
  7. 前記ドライバの少なくとも１つは前記多相インバータの出力ノードに結合され、前記出力ノードは前記リードフレームの第１のリードフレームアイランド上に位置する、請求項１記載のＰＱＦＮパッケージ。
  8. 前記多相インバータは前記リードフレームの共通ダイパッド上に位置する高圧側パワースイッチを備える、請求項１記載のＰＱＦＮパッケージ。
  9. 前記高圧側パワースイッチはIII−Ｖ族トランジスタを備える、請求項８記載のＰＱＦＮパッケージ。
  10. 前記ＰＱＦＮパッケージは１２ｍｍ×１２ｍｍより大きいフットプリントを有する、請求項１記載のＰＱＦＮパッケージ。
  11. 前記ＰＱＦＮパッケージは１２ｍｍ×１２ｍｍより小さいフットプリントを有する、請求項１記載のＰＱＦＮパッケージ。
  12. リードフレームの上に置かれた多相インバータと、
    前記リードフレームの上に置かれ且つ前記多相インバータを駆動するように構成されたドライバ集積回路（ＩＣ）と、
    それぞれのブートストラップキャパシタに接続するよう構成された複数のブートストラップダイオードと、
    を備え、
    前記複数のブートストラップダイオードは前記ドライバＩＣに含まれている、
    パワー・カッド・フラット・ノーリード（ＰＱＦＮ）パッケージ。
  13. 前記ドライバＩＣは前記多相インバータの高圧側パワースイッチを駆動するように構成されている、請求項１２記載のＰＱＦＮパッケージ。
  14. 前記ブートストラップダイオードは前記ＰＱＦＮパッケージの供給電圧端子に結合されている、請求項１２記載のＰＱＦＮパッケージ。
  15. 前記ドライバＩＣを前記ＰＱＦＮパッケージのブートストラップ供給電圧端子に結合するワイヤボンドを備える、請求項１２記載のＰＱＦＮパッケージ。
  16. 前記ドライバＩＣは前記多相インバータの出力ノードに結合され、前記出力ノードは前記リードフレームの第１のリードフレームストリップ上に位置する、請求項１２記載のＰＱＦＮパッケージ。
  17. 前記ドライバＩＣは前記多相インバータの出力ノードに結合され、前記出力ノードは前記リードフレームの第１のリードフレームアイランド上に位置する、請求項１２記載のＰＱＦＮパッケージ。
  18. 前記多相インバータは前記リードフレームの共通ダイパッド上に位置する高圧側パワースイッチを備える、請求項１２記載のＰＱＦＮパッケージ。
  19. リードフレームの上に置かれたＵ相、Ｖ相及びＷ相パワースイッチと、
    前記リードフレームの上に置かれ、且つ前記Ｕ相、Ｖ相及びＷ相パワースイッチにそれぞれ結合されたＵ相、Ｖ相及びＷ相ドライバと、
    前記Ｕ相、Ｖ相及びＷ相パワースイッチにそれぞれ結合されたＵ相，Ｖ相及びＷ相ブートストラップダイオードと、
    を備え、
    前記Ｕ相、Ｖ相及びＷ相ブートストラップダイオードは前記リードフレームの上に置かれた共通集積回路（ＩＣ）に含まれている、
    パワー・カッド・フラット・ノーリード（ＰＱＦＮ）パッケージ。
  20. 前記共通ＩＣは前記Ｕ相、Ｖ相及びＷ相ドライバを含む、請求項１９記載のＰＱＦＮパッケージ。
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