JP4280212B2 - トランジスタモジュール - Google Patents

Description

本発明は、第１のトランジスタと付属のフリーホイールダイオードとしての第１のダイオードとを備えると共に、第２のトランジスタと付属のフリーホイールダイオードとしての第２のダイオードとを備えるトランジスタモジュールに関する。

一定強度のパルス状磁場を発生する電流供給装置を必要とする、特に医療技術用に設けられるコイル励磁用トランジスタモジュールは公知である（特許文献１参照）。この場合コイルの励磁電流は、非常に短い時間内に立ち上がり、それからパルス終端まで一定の高さに保持されるべきである。

医療診断用の核スピン表示装置における傾斜磁場コイルへの電流供給回路において、傾斜磁場コイル内のエネルギー変換率を高めるべく、傾斜磁場コイルと電流源とに直列にエネルギー蓄積手段、特にコンデンサを配置することは公知である（特許文献２参照）。

傾斜磁場増幅器に接続されたブリッジ回路に多数のトランジスタおよびフリーホイールダイオードを含む核スピン断層撮影装置のための傾斜磁場電流供給装置は公知である（特許文献３）。適用すべき傾斜磁場パルスは、傾斜磁場増幅器が接続されたシーケンス制御装置によって予め与えられる。回路のレイアウトは特許文献３の対象ではない。
独国特許出願公開第３１１２２８０号明細書 独国特許第３４１５０４１号明細書 独国特許第１９５１１８３３号明細書

本発明の課題は、構造が簡単で、低い漏れインダクタンスにより著しく急峻な磁場勾配特性を持ち、特に医療用の傾斜磁場増幅器に適した、２つのトランジスタと各トランジスタに付設された２つのフリーホイールダイオードとを備えたトランジスタモジュールを提供することにある。

この課題は、本発明によれば、請求項１の特徴を持つトランジスタモジュールより解決される。このモジュールは、各々少なくとも１つのトランジスタを備えた２つのトランジスタチップと、各々トランジスタの１つに付設された少なくとも１つのフリーホイールダイオードを備えた２つのダイオードチップとを有する。個々のチップが配置される一般に矩形の回路基板は、３つの電位面、即ち正電位面、負電位面および出力電位面を有する。

正電位面上には、第１のトランジスタチップと、第２のトランジスタチップに付属する第２のフリーホイールダイオードを有する第２のダイオードチップとが配置される。

第２のトランジスタチップと、第１のフリーホイールダイオード（即ち、第１のトランジスタチップに付設されたフリーホイールダイオード）を有する第１のダイオードチップとが出力電位面上に配置される。この出力電位面は、一般にはボンディング線により、正電位面上に配置されたチップと電気的に接続される。

この場合、各トランジスタチップは、同一電位面上に配置されたダイオードチップに隣接配置されると共に、他の電位面上に配置されたダイオードチップに対向配置される。この関係において、２つの構成部分（ここではダイオードチップとトランジスタチップ）の「隣接」という呼称は、同一の電位面上における配置に対して使用し、２つの構成部分の「対向」という呼称は異なる電位面上における配置に対して使用するものとする。

一般に矩形のチップでは、両ダイオードチップはトランジスタチップの互いに垂直な２つの側線に隣接又は対向配置される。従って、トランジスタチップとダイオードチップは回路基板上において交差配置されている。

トランジスタモジュールの負電位面は、連続面や多数の部分面として形成される。何れの場合も、負電位面又は該面の部分面は、一般に矩形の基本形を持つ出力電位面の少なくとも２つの側部、特に対向する側部に隣接する。これは、出力電位面上に配置されたチップと負電位面の電気接続を特に短い導線で行なうことを可能にする。該導線は、出力電位面を正電位面上に配置されたチップに接続する導線に対し少なくとも略直角に延びる。

正電位面が回路基板により定まる平面内にあるのに対し、負電位面は複雑な形を持つ。負電位面は、一方では出力電位面に境を接する部分面により、他方ではこれらの部分面から出力電位面上のチップへ導かれる導線により定まる。出力電位面上のチップを負電位面に接続する多数の導線を設けるとよい。好適には少なくともほぼ互いに平行に配置されたボンディング線として形成される多数の導線によって、出力電位面を特に少なくともほぼ覆う連続した面が生ずる。

負電位を持つ模擬的な面は、正電位面と同様に、殆ど枝分かれしていない形、特に矩形をなす。大きく互いに接近した、２つの電位面が生ずる。これによって磁場が特に広範囲にわたり影響を及ぼす。

全体として、回路装置の特に低インダクタンスの構成が達成される。これは、急な傾斜磁場の時間的勾配を持ち、例えば１００μｓ以下の上昇又は下降時間を有する傾斜磁場増幅器にとって特に有利である。

個別のチップは、回路基板上に、次のように互いに僅かな間隔で配置される。即ち、トランジスタチップと、付属のフリーホイールダイオードを有するダイオードチップとの間隔も、トランジスタチップと、他のトランジスタチップのフリーホイールダイオードを有するダイオードチップとの間隔も、トランジスタチップの高さ又は幅よりも小さい。正電位面と出力電位面との間隔は、ダイオードチップの高さよりも小さいと好ましい。

第１の有利な構成によれば、負電位面は、ボンディング線を除けば、コ字形をなす。コ字形の３つの脚部のうち、中間脚部は正電位面と出力電位面との間の、所謂接続ブリッジとして配置する。回路装置において多数の並置したトランジスタモジュールを電気的に接続するには、出力電位面に接する負電位面の両外側部分面の接続を接続ブリッジにより行なうと特に有利である。

第２の有利な構成によれば、出力電位面を正電位面に直接に隣接させる。この場合、負電位面は、多数部分にて、単に個別の接続片の形に形成してもよい。本実施形態は、特に個々のトランジスタモジュールが別々に負電位に接続する用途に適している。

製造技術上特に有利な方法では、正電位面と出力電位面を回路基板上の共通な平面内に配置する。これら電位面に、トランジスタチップのコレクタとダイオードチップのカソードをろう付けする。

以下、図面を参照しながら本発明の２つの実施例を詳細に説明する。なお各図において互いに対応する部分には同一の符号を付している。

図１ａ、図１ｂおよび図２は、各々、特に核スピン断層撮影装置の如き医療技術装置のための傾斜磁場増幅器におけるトランジスタモジュールの第１実施例を簡略化して示す。この回路はハーフブリッジとも呼ばれ、２つのトランジスタチップ２、４と、２つのダイオードチップ３、５とを有する。本実施例では、各１つの個別トランジスタが１つのトランジスタチップ２、４を形成し、各１つのダイオードが１つのダイオードチップ３、５を形成している。図示しないコンデンサが、一方では図の下部における正電位面８と、他方では図の上部における負電位面７と接続されている。両電位面７、８は矩形の回路基板６上の銅層にて形成され、平面Ｅ１（図１ｂの側面図参照）内にある。

正電位面８上に、第１のトランジスタチップ２のコレクタがろう付けされている。第１のトランジスタチップ２のエミッタは多数ボンディング線９で出力電位面１２と、そして該面１２は、例えば図示しない医療技術装置の傾斜磁場コイルと各々接続されている。

傾斜磁場コイルを通る電流の減衰のために第１のダイオードチップ３が設けられ、そのカソードは出力電位面１２上にろう付けされている。第１のダイオードチップ３のアノードは多数の導線１０により同様にボンディング線の形で負電位面７に接続されている。第１のダイオードチップ３は、第１のトランジスタチップ２に付属する第１のフリーホイールダイオードチップ又は略称して第１のフリーホイールダイオードと呼ぶ。

第１のダイオードチップ３に加えて、出力電位面１２上に更に第２のトランジスタチップ４のコレクタをろう付けしている。該トランジスタチップ４のエミッタは、第１のダイオードチップ３のアノードと同様に、導線１１で負電位面７に接続している。他の導線１３は、第２のトランジスタチップ４のエミッタを第１のダイオードチップ３のアノードに接続する。更に、出力電位面１２を導線１５で第２のダイオードチップ５のアノードに接続し、該チップ５のカソードを正電位面８上にろう付けしている。第２のダイオードチップ５は第２のトランジスタチップ４に付属するフリーホイールダイオードを形成する。これを単に第２のフリーホイールダイオードチップとも呼ぶこととする。

従って、各トランジスタチップ２、４と、付属のフリーホイールダイオード３、５は、各々異なる電位面１２、８上にある。これに対しトランジスタ２、４の逆並列のダイオードチップ５、３は、各々トランジスタチップと共に同一の電位面８、１２上にある。

トランジスタチップ２、４は、これらに比較して小さいダイオードチップ３、５と同様にほぼ正方形である。トランジスタチップ２、４の幅と高さをＢＴ、ＨＴで示し、ダイオードチップ３、５の幅と高さをＢＤ、ＨＤで示す。回路基板６の面の大部分は図２に概略的に記入したように電位面７、８、１２によって占められている。電位面７、８、１２の高さはＨＰ７、ＨＰ８、ＨＰ１２で示している。なお本明細書において「高さ」とは、前記電位面７、８、１２内において、幅と垂直な方向における寸法を意味するものとする。

正電位面８は、相応の銅層によって回路基板６上で既に矩形の基本形を示すのに対し、負電位面７を形成する銅層はコ字形をなす。このコ字形の正電位面８側に向いた中間脚部を接続ブリッジ１４とも呼ぶ。コ字形の３つの脚部間に出力電位面１２がある。正電位面８に対する出力電位面１２の間隔ｄ_Ｐは、トランジスタチップ２、４の高さＨ_Ｔより小さく、ダイオードチップ３、５の高さＨ_Ｄより小さい。コ字形の外側脚部の間を導線１０、１１、１３が殆ど接続ブリッジ１４に対し平行に走っている。これら導線１０、１１、１３は出力電位面１２と反対側の平行面を平面Ｅ２にほぼ一致させ、これは実質的に負電位面７を拡張するので、負電位面７は全体として正電位面８に匹敵する形と大きさを持つ。

それ故、有効負電位面７は、ＤＣＢ（＝Direct Copper Bonded、直接銅接着）レイアウトによってもボンディング線ないし導線１０、１１、１３によっても形成できる。隣接又は重畳して対向する大きな電位面７、８、１２は、導線９、１０、１１、１３、１５の特別に短い構成に加えて、トランジスタモジュール１の僅かな漏れインダクタンスに対して顕著に貢献し、磁場を大々的に持ち上げる。

図示の実施例では、第１のトランジスタチップ２とこれに逆並列のダイオードチップ５との間隔Ｄ_Ｂは、第１のトランジスタチップ２とこれに属するフリーホイールダイオードチップ３との間の間隔Ｄ_Ｈより小さい。後者の間隔Ｄ_Ｈは略ダイオードチップ５の高さＨ_Ｄに相当する。同様のことが、第２のトランジスタチップ４とこれに逆並列のダイオードチップチップ３との間隔、並びに第２のトランジスタチップ４とこれに付属するフリーホイールダイオードチップ５との間隔にも当てはまる。

従って一方側でトランジスタチップ２、４、そして他方側でダイオードチップ３、５が交差配置されている。しかも、電位面８、１２上に配置されたトランジスタチップ２、４は、各々他の電位面１２、８上に配置された付設のフリーホイールダイオードチップ３、５に対向配置されていて、逆並列のダイオードチップ５、３に隣接配置されている。

図３は、同様に特に低いインダクタンスを特徴とするトランジスタモジュールの有利な実施例を示す。この実施例では、負電位面７が導線１０、１１、１３によって模擬されていないとすると、専ら部分面の形で存在する。この部分面は、回路基板６の平面Ｅ１内に必ずしも配置されていない接続片１６に部分的に退縮している。

従って、負電位面７上のチップ３、４は、接続片１６に直接接続できる。図の右側で、出力電位面１２に接続している第２のトランジスタチップ４に隣接した負電位面７の部分面は製造技術上の簡単化を意味する。何故なら、この部分面はボンディング線を簡単に短くすることを可能にするからである。

負電位面７のＤＣＢレイアウトにて形成した部分の寸法が図１ａ、図１ｂおよび図２の実施例に比べて著しく低減したにも係わらず、図３による実施例の場合も負電位面７は大部分が、出力電位面１２の上方で平面Ｅ２に配置されたボンディング線又は導線１０、１１、１３で近似的に形成される故、全体として僅かな漏れインダクタンスとなる。トランジスタモジュール１の低インダクタンスもコンパクトな構成も、特に正電位面８と出力電位面１２との間に配置する負電位面７の接続ブリッジを省略することで達成できる。

トランジスタモジュールの第１実施例を示す上面図（ａ）および側面図（ｂ） 概略表記された電位面を備えた図１によるトランジスタモジュールの上面図 トランジスタモジュールの第２実施例を示す上面図

符号の説明

１ トランジスタモジュール、２、４ トランジスタチップ、３、５ ダイオードチップ、６ 回路基板、７ 負電位面、８ 正電位面、９〜１１、１３、１５ 導線、１２ 出力電位面、１４ 接続ブリッジ、１６ 接続片、Ｂ_Ｔ トランジスタチップの幅、Ｈ_Ｔ トランジスタチップ高さ、ｄ_Ｐ、Ｄ_Ｂ、Ｄ_Ｈ 間隔、Ｂ_Ｄ ダイオードチップの幅、Ｈ_Ｄ ダイオードチップの高さ、Ｈ_Ｐ７、Ｈ_Ｐ８、Ｈ_Ｐ１２ 電位面の高さ、Ｅ１、Ｅ２ 平面

Claims (8)

1. 第１のトランジスタと付属のフリーホイールダイオードとしての第１のダイオードとを備えると共に、第２のトランジスタと付属のフリーホイールダイオードとしての第２のダイオードとを備えるトランジスタモジュールにおいて、
   第１のトランジスタを有する第１のトランジスタチップ（２）と第２のフリーホイールダイオードを有する第２のダイオードチップ（５）とが正電位面（８）上に配置され、
   第１のトランジスタチップ（２）および第２のダイオードチップ（５）が出力電位面（１２）と接続され、
   第２のトランジスタを有する第２のトランジスタチップ（４）と第１のフリーホイールダイオードを有する第１のダイオードチップ（３）とが出力電位面（１２）上に配置され、
   出力電位面（１２）の少なくとも２つの側部が負電位面（７）に隣接し、
   第２のトランジスタチップ（４）および第１のダイオードチップ（３）が導線（１０、１１）によって負電位面（７）と接続され、
   回路基板（６）上において、各トランジスタチップ（２、４）は、同じ電位面（８、１２）上に配置されているダイオードチップ（５、３）に隣接配置されていると共に、その電位面（８、１２）上に配置されておらず且つトランジスタチップ（２、４）に付属するフリーホイールダイオードを有するダイオードチップ（３、５）に対向配置され、更に
   トランジスタチップ（２、４）と、同一の電位面（８、１２）に配置されたダイオードチップ（５、３）との間隔（Ｄ _B ）が、トランジスタチップ（２、４）の幅（Ｂ _T ）よりも小さいことを特徴とするモジュール。
2. 第１のダイオードチップ（３）と第２のトランジスタチップ（４）を負電位面（７）に接続する導線（１０、１１）が、第１のトランジスタチップ（２）および第２のダイオードチップ（５）と出力電位面（１２）との間の導線（９、１５）に対し少なくともほぼ横方向に走ることを特徴とする請求項１記載のモジュール。
3. 負電位面（７）が、各々多数の導線（１０、１１）にて第１のダイオードチップ（３）と第２のトランジスタチップ（４）に接続されたことを特徴とする請求項１又は２記載のモジュール。
4. トランジスタチップ（２、４）と、付属のフリーホイールダイオードを有するダイオードチップ（３、５）との間隔（Ｄ_H）が、トランジスタチップ（２、４）の高さ（Ｈ _T ）より小さいことを特徴とする請求項１乃至３の１つに記載のモジュール。
5. 正電位面（８）と出力電位面（１２）との間隔（ｄ _P ）が、ダイオードチップ（３、５）の高さ（Ｈ _D ）より小さいことを特徴とする請求項１乃至４の１つに記載のモジュール。
6. 正電位面（８）と出力電位面（１２）との間に負電位面（７）の接続ブリッジ（１４）が配置されたことを特徴とする請求項１乃至５の１つに記載のモジュール。
7. 出力電位面（１２）が正電位面（８）に直接に隣接することを特徴とする請求項１乃至５の１つに記載のモジュール。
8. 正電位面（８）および出力電位面（１２）が共通な平面内に配置されたことを特徴とする請求項１乃至７の１つに記載のモジュール。

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