JP5557571B2 - Diode module - Google Patents
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Description
本発明は、ダイオードモジュールに関するものである。 The present invention relates to a diode module.
従来、電気機器や光学機器等において、様々なダイオードが使用されている(特許文献1〜4等参照)。
例えば、電気機器に用いられるダイオードには、商用周波数程度の周波数に対応して動作する整流用、高周波回路に用いられる高周波用、電気回路に過大な電流が進入するのを防止する過電流防止用等の用途があり、それぞれ、一般ダイオード、ショットキーバリアダイオード(SBD)やファストリカバリダイオード(FRD)等の高速ダイオード、ツェナーダイオードと使い分けがなされている(特許文献5)。
Conventionally, various diodes are used in electrical equipment, optical equipment, and the like (see
For example, for diodes used in electrical equipment, for rectification that operates in response to frequencies around the commercial frequency, for high frequencies used in high-frequency circuits, and for overcurrent prevention that prevents excessive current from entering the electrical circuit These are used separately from general diodes, high-speed diodes such as Schottky barrier diodes (SBD) and fast recovery diodes (FRD), and Zener diodes (Patent Document 5).
近年、これらのダイオードをモジュール化したダイオードモジュールが実用に供されている。このダイオードモジュールは、ダイオードをチップ化したダイオードチップを実装基板の配線上に搭載したもので、用途に応じてダイオードチップを選択することで、様々な用途に対応することができる。 In recent years, diode modules obtained by modularizing these diodes have been put to practical use. This diode module is obtained by mounting a diode chip in which a diode is formed on a wiring of a mounting substrate. By selecting a diode chip according to the application, it can be used for various applications.
ところで、一般ダイオードは、1000V程度の耐圧を有し、漏れ電流も小さいという長所があるが、逆方向回復時間が数マイクロ秒程度と長く、高速動作を必要とする高周波回路には使用できない。
一方、高速ダイオードは、逆方向回復時間がナノ秒程度という長所があるが、高耐圧のものが得難く、漏れ電流も大きいという短所がある。
このように、従来の一般ダイオード及び高速ダイオードでは、高耐圧と高速動作とはトレードオフの関係にあり、一般ダイオードの高耐圧と高速ダイオードの高速動作という双方の特性を併せ持つ高性能のダイオードは、未だに実現することができていない。
By the way, a general diode has an advantage of having a withstand voltage of about 1000 V and a small leakage current, but it has a long reverse recovery time of about several microseconds and cannot be used for a high-frequency circuit that requires high-speed operation.
On the other hand, the high-speed diode has an advantage of a reverse recovery time of about nanoseconds, but it has a disadvantage that a high breakdown voltage is difficult to obtain and a leakage current is large.
As described above, in the conventional general diode and the high-speed diode, there is a trade-off relationship between the high breakdown voltage and the high-speed operation, and the high-performance diode having both the high breakdown voltage of the general diode and the high-speed operation of the high-speed diode is It has not been realized yet.
本発明は、上記の課題を解決するためになされたものであって、一般ダイオードの高耐圧と高速ダイオードの高速動作という双方の特性を併せ持つ高性能のダイオードを実現することが可能なダイオードモジュールを提供することを目的とする。 The present invention was made to solve the above problems, the high-voltage and high-speed diodes High-performance diode modules can be realized diode that combines characteristics of both of the high-speed operation of the general diode The purpose is to provide.
本発明者は、上記の課題を解決するために鋭意検討を重ねた結果、1個以上の第1のダイオードチップと、1個の第2のダイオードチップとを電気的に直列接続してなるダイオードモジュールにおいて、第1のダイオードチップの耐圧を第2のダイオードチップより高く、かつ、第2のダイオードチップの逆方向回復時間を第1のダイオードチップより短くすれば、一般ダイオードの高耐圧と高速ダイオードの高速動作という双方の特性を併せ持つ高性能のダイオードを実現することができることを見出し、本発明を完成するに至った。 As a result of intensive studies in order to solve the above-mentioned problems, the present inventor electrically connected in series one or more first diode chips and one second diode chip. In the module, if the breakdown voltage of the first diode chip is higher than that of the second diode chip and the reverse recovery time of the second diode chip is shorter than that of the first diode chip, the high breakdown voltage of the general diode and the fast diode It has been found that a high-performance diode having both characteristics of high-speed operation can be realized, and the present invention has been completed.
すなわち、本発明の請求項1記載のダイオードモジュールは、1個以上の第1のダイオードチップと、1個の第2のダイオードチップとを電気的に直列接続してなるダイオードモジュールにおいて、1個以上の第1のダイオードチップと、1個の第2のダイオードチップとを電気的に直列接続してなるダイオードモジュールにおいて、実装基板と、前記実装基板に設けられた配線層と、前記配線層の一の位置に少なくとも1個以上の前記第1のダイオードチップが積層され、前記配線層の他の位置に前記第2のダイオードチップ及び前記一の位置に配置された前記第1のダイオードチップと異なる前記第1のダイオードチップが少なくとも1個以上積層され、前記第1のダイオードチップは、前記第2のダイオードチップより耐圧が高く、前記第2のダイオードチップは、前記第1のダイオードチップより逆方向回復時間が短いことを特徴とする。
That is, in the diode module according to
本発明の請求項2記載のダイオードモジュールは、請求項1記載のダイオードモジュールにおいて、前記配線層上の前記一の位置と前記他の位置とを含む領域に前記第2のダイオードが積層されており、前記一の位置における前記第1のダイオードチップと前記第2のダイオードチップとが、順方向の向きが同一となるように積層され、前記他の位置における前記第1のダイオードチップが前記第2のダイオードチップと順方向の向きが同一となるように積層されていることを特徴とする。
The diode module according to
本発明の請求項3記載のダイオードモジュールは、請求項1または請求項2に記載のダイオードモジュールにおいて、前記実装基板上に、前記第1のダイオードチップまたは前記第2のダイオードチップの絶縁保護膜を有する電極面を、導電性材料を介して接続してなることを特徴とする。
The diode module according to
本発明のダイオードモジュールによれば、第1のダイオードチップの耐圧を第2のダイオードチップの耐圧より高くし、第2のダイオードチップの逆方向回復時間を第1のダイオードチップの逆方向回復時間より短くしたので、一般ダイオードの高耐圧と高速ダイオードのナノ秒オーダーの逆方向回復時間の両立を図ることができる。したがって、一般ダイオードの高耐圧と高速ダイオードの高速動作という双方の特性を併せ持つ高性能のダイオードを実現することができる。 According to the diode module of the present invention, the withstand voltage of the first diode chip is made higher than the withstand voltage of the second diode chip, and the reverse recovery time of the second diode chip is made longer than the reverse recovery time of the first diode chip. Since it is shortened, it is possible to achieve both high breakdown voltage of a general diode and reverse recovery time of nanosecond order of a high-speed diode. Therefore, it is possible to realize a high-performance diode having both the high breakdown voltage of a general diode and the high-speed operation of a high-speed diode.
また、1個以上の第1のダイオードチップと1個の第2のダイオードチップとを積層したので、ダイオードモジュールを小型化することができ、作製も容易である。
また、1個以上の第1のダイオードチップ及び1個の第2のダイオードチップを実装基板上に積層したので、放熱性に優れている。
また、実装基板上に、第1のダイオードチップまたは第2のダイオードチップの絶縁保護膜を有する電極面を、導電性材料を介して接続したので、絶縁保護膜を導電性材料により保護することができる。
In addition, since one or more first diode chips and one second diode chip are stacked, the diode module can be reduced in size and can be easily manufactured.
In addition, since one or more first diode chips and one second diode chip are stacked on the mounting substrate, heat dissipation is excellent.
In addition, since the electrode surface having the insulating protective film of the first diode chip or the second diode chip is connected to the mounting substrate via the conductive material, the insulating protective film can be protected by the conductive material. it can.
本発明の保護用デバイスによれば、本発明のダイオードモジュールを備えたので、一般ダイオードの高耐圧と高速ダイオードの高速動作という双方の特性を併せ持つ保護用デバイスを実現することができる。 According to the protection device of the present invention, since the diode module of the present invention is provided, it is possible to realize a protection device having both the high breakdown voltage of a general diode and the high-speed operation of a high-speed diode.
本発明のダイオードモジュール及び保護用デバイスを実施するための形態について説明する。
なお、この形態は、発明の趣旨をより良く理解させるために具体的に説明するものであり、特に指定のない限り、本発明を限定するものではない。
The form for implementing the diode module and protection device of this invention is demonstrated.
This embodiment is specifically described for better understanding of the gist of the invention, and does not limit the present invention unless otherwise specified.
[第1の実施形態]
図1は、本発明の第1の実施形態のダイオードモジュールを示す断面図であり、図において、1はダイオードモジュールであり、このダイオードモジュール1は、実装基板2上に形成された所定のパターンの配線3上に、一般ダイオードチップ(第1のダイオードチップ)6、5、4がこの順に積層され、さらに、一般ダイオードチップ(第1のダイオードチップ)7、8及び高速ダイオードチップ(第2のダイオードチップ)9がこの順に積層され、一般ダイオードチップ4上には電極10が、高速ダイオードチップ9上には電極11が、それぞれ形成され、これらはパッケージ化されている。
[First Embodiment]
FIG. 1 is a cross-sectional view showing a diode module according to a first embodiment of the present invention. In the figure,
一般ダイオードチップ4〜8は、耐圧が1000V程度、逆方向回復時間(trr)が5μ秒程度の特性を有するダイオードである。
高速ダイオードチップ9は、ショットキーバリアダイオード(SBD)、ファストリカバリダイオード(FRD)等からなるもので、耐圧が一般ダイオードチップ4〜8より低く、逆方向回復時間(trr)が一般ダイオードチップ4〜8より短い60n秒程度の特性を有するダイオードである。
The
The high-
このダイオードモジュール1では、一般ダイオードチップの耐圧が1000V程度であるから、このダイオードモジュール1に要求される耐圧に応じて一般ダイオードチップの個数が決定される。ここでは、このダイオードモジュール1に要求される耐圧が5000Vであるから、この耐圧に応じて5個の一般ダイオードチップ4〜8を用いている。
In this
このダイオードモジュール1では、図2に示すように、一般ダイオードチップ4〜8及び高速ダイオードチップ9が直列接続され、一般ダイオードチップ4には端子21が、一般ダイオードチップ6、7が搭載された配線3には端子22が、高速ダイオードチップ9には端子23が、それぞれ接続され、これらの端子21〜23により外部に接続されるようになっている。
これら一般ダイオードチップ4〜8及び高速ダイオードチップ9の接続については、一般ダイオードチップ4〜8の高耐圧と高速ダイオードチップ9の高速動作という双方の特性を生かすことができるように接続されていればよく、これらの配列順は問わない。
In this
As for the connection of the
本実施形態のように実装基板2上に積層する場合、信頼性を向上させるために、平面形状の大きなチップから順に積層することが好ましく、例えば、複数のチップのそれぞれの平面形状が互いに異なる場合には、平面形状の大きなチップから順に積層し、ピラミッド型とすることが好ましい。
また、一般ダイオードチップ4〜8及び高速ダイオードチップ9の平面形状が同一の場合には、例えば、図3に示すように、一般ダイオードチップ4、5(あるいは高速ダイオードチップ9及び一般ダイオードチップ8)のはんだ接続時にチップ4(あるいはチップ9)がθ方向に回転ズレしないように、チップ4、5(あるいはチップ9、8)それぞれの予備はんだ31、31の面積を同一にしておく。この場合、予備はんだ31、31の溶融時のセルフアライメント効果により、チップ4(あるいはチップ9)の搭載時のθ方向の回転ズレが生じ難くなる。
When stacking on the
When the planar shapes of the
図4は、端子21、22間における一般ダイオードチップ4〜6の逆方向回復時間(trr)の波形を示す図であり、順方向の電流(IF)を0.5A、逆方向の電流(IR)を1.0Aと設定したときの経時変化を示している。
端子21、22間の逆方向回復時間(trr)は、端子21、22間に存在する一般ダイオードチップ4〜6で決定される。
この図4によれば、逆方向の電流(IR)が90%回復したときの逆方向回復時間(trr:図中、矢印A)は、5.00μ秒であることが分かる。
FIG. 4 is a diagram showing a waveform of the reverse recovery time (trr) of the
The reverse recovery time (trr) between the
According to FIG. 4, it can be seen that the reverse recovery time (trr: arrow A in the figure) when the reverse current (IR) recovers by 90% is 5.00 μsec.
図5は、端子21、23間の逆方向回復時間(trr)の波形を示す図であり、
順方向の電流(IF)を0.5A、逆方向の電流(IR)を1.3Aと設定したときの経時変化を示している。
端子21、23間の逆方向回復時間(trr)は、端子21、23間の逆方向回復時間(trr)が最も短い高速ダイオードチップ9で決定される。
この図5によれば、逆方向の電流(IR)が90%回復したときの逆方向回復時間(trr:図中、矢印B)は、65n秒であることが分かる。
FIG. 5 is a diagram illustrating a waveform of the reverse recovery time (trr) between the
The graph shows the change over time when the forward current (IF) is set to 0.5A and the reverse current (IR) is set to 1.3A.
The reverse recovery time (trr) between the
According to FIG. 5, it can be seen that the reverse recovery time (trr: arrow B in the figure) when the reverse current (IR) recovers by 90% is 65 nsec.
このダイオードモジュール1全体の接合容量Cjは、概ね1/積層されるチップ数と低減することができる。この場合、端子21、22間の接合容量Cjは概ね1/3、端子21、23間の接合容量Cjは概ね1/6である。
The junction capacitance Cj of the
本実施形態のダイオードモジュール1を、例えば、保護用デバイスに適用すれば、一般ダイオードの高耐圧と高速ダイオードの高速動作という双方の特性を併せ持つ保護用デバイスを実現することができる。
この保護用デバイスは、一般ダイオードチップと高速ダイオードチップとを積層した構造であるから、小型化が可能であり、放熱性に優れ、製造もし易い等の優れた特徴を有したものとなっている。
When the
Since this protective device has a structure in which a general diode chip and a high-speed diode chip are laminated, it can be miniaturized, has excellent characteristics such as excellent heat dissipation and easy manufacture. .
以上説明したように、本実施形態のダイオードモジュール1によれば、実装基板2の配線3上に、一般ダイオードチップ6、5、4を積層するとともに、一般ダイオードチップ7、8及び高速ダイオードチップ9を積層し、一般ダイオードチップ4上に電極10を、高速ダイオードチップ9上に電極11を、それぞれ形成したので、一般ダイオードチップ4〜8の数千Vの高耐圧と高速ダイオードチップ9のナノ秒オーダーの逆方向回復時間の両立を図ることができる。したがって、一般ダイオードチップ4〜8の高耐圧と高速ダイオードチップ9の高速動作という双方の特性を併せ持つ高性能のダイオードを実現することができる。
また、一般ダイオードチップ4〜8及び高速ダイオードチップ9を積層したので、ダイオードモジュール1を小型化することができ、作製も容易である。
As described above, according to the
Moreover, since the
[第2の実施形態]
図6は、本発明の第2の実施形態のダイオードモジュールを示す断面図であり、本実施形態のダイオードモジュール41が第1の実施形態のダイオードモジュール1と異なる点は、実装基板2上に形成された所定のパターンの配線3上に、高速ダイオードチップ9を積層し、この高速ダイオードチップ9上に、一般ダイオードチップ8を2分割した一般ダイオードチップ42、43を並列接続し、一般ダイオードチップ42上に電極44を、一般ダイオードチップ43上に電極45を、それぞれ接続した点である。
[Second Embodiment]
FIG. 6 is a cross-sectional view showing a diode module according to the second embodiment of the present invention. The difference between the
このダイオードモジュール41は、図7に示すように、一般ダイオードチップ42、43には端子51が、高速ダイオードチップ9が搭載された配線3には端子52が、それぞれ接続されており、これらの端子51、52により外部に接続されている。
In the
このダイオードモジュール41においても、第1の実施形態のダイオードモジュール1と同様に、一般ダイオードチップ42、43の高耐圧と高速ダイオードチップ9の高速動作という双方の特性を併せ持つ高性能のダイオードを実現することができる。
しかも、一般ダイオードチップ42、43が並列接続されているので、一般ダイオードチップ42、43のうち一方が破壊してしまった場合においても、ダイオードモジュール41の耐圧が変わることはない。
This
Moreover, since the
なお、本実施形態では、一般ダイオードチップ42、43に端子51を接続した構成としたが、一般ダイオードチップ42に端子51を、また、一般ダイオードチップ43に新たな端子を接続した構成としてもよい。
この場合、端子51、52及び新たな端子からなる3端子とすることで、1つのモジュールで、一般ダイオードチップ42−高速ダイオードチップ9と、一般ダイオードチップ43−高速ダイオードチップ9という2系統(高耐圧及び高速動作が2ライン)の動作が可能になる。
In this embodiment, the terminal 51 is connected to the
In this case, by using three
[第3の実施形態]
図8は、本発明の第3の実施形態のダイオードモジュールを示す断面図であり、本実施形態のダイオードモジュール61が第1の実施形態のダイオードモジュール1と異なる点は、実装基板2上に形成された所定のパターンの配線3上に、一般ダイオードチップ6の絶縁保護膜62を有する電極面63を搭載する場合に、銅等のベース電極(導電性材料)64及びはんだ65、66を介して接続した点である。
一般ダイオードチップ4の替わりに高速ダイオードチップ9を用いても、同様の接続構造とすることができる。
[Third Embodiment]
FIG. 8 is a cross-sectional view showing a diode module according to the third embodiment of the present invention. The
Even if the high-
このダイオードモジュール61では、絶縁保護膜62と配線3との間を、絶縁保護膜62より厚みがありかつ面積の小さなベース電極64及びはんだ65、66を介して接続したので、絶縁保護膜62が配線3に接触する虞がなくなり、絶縁保護膜62が配線3に接触することにより生じるダメージを防止することができる。
In this
このダイオードモジュール61においても、第1の実施形態のダイオードモジュール1と同様、一般ダイオードチップの高耐圧と高速ダイオードチップの高速動作という双方の特性を併せ持つ高性能のダイオードを実現することができる。
しかも、実装基板2上に形成された所定のパターンの配線3上に、一般ダイオードチップ6の絶縁保護膜62を有する電極面63を搭載する場合に、銅等のベース電極(導電性材料)64及びはんだ65、66を介して接続したので、絶縁保護膜62をベース電極64により保護することができ、絶縁保護膜62が配線3に接触することにより生じるダメージを防止することができる。
In the
In addition, when the
1 ダイオードモジュール
2 実装基板
3 配線
4〜8 一般ダイオードチップ(第1のダイオードチップ)
9 高速ダイオードチップ(第2のダイオードチップ)
10、11 電極
21〜23 端子
31 予備はんだ
41 ダイオードモジュール
42、43 一般ダイオードチップ
44、45 電極
51、52 端子
61 ダイオードモジュール
62 絶縁保護膜
63 電極面
64 ベース電極(導電性材料)
65、66 はんだ
DESCRIPTION OF
9 High-speed diode chip (second diode chip)
DESCRIPTION OF
65, 66 solder
Claims (3)
実装基板と、
前記実装基板に設けられた配線層と、
前記配線層の一の位置に少なくとも1個以上の前記第1のダイオードチップが積層され、前記配線層の他の位置に前記第2のダイオードチップ及び前記一の位置に配置された前記第1のダイオードチップと異なる前記第1のダイオードチップが少なくとも1個以上積層され、
前記第1のダイオードチップは、前記第2のダイオードチップより耐圧が高く、前記第2のダイオードチップは、前記第1のダイオードチップより逆方向回復時間が短いことを特徴とするダイオードモジュール。 In a diode module formed by electrically connecting at least one first diode chip and one second diode chip in series,
A mounting board;
A wiring layer provided on the mounting substrate;
At least one or more of the first diode chips are stacked at one position of the wiring layer, and the second diode chip and the first diode disposed at the one position at the other position of the wiring layer. At least one or more of the first diode chips different from the diode chips are stacked,
The diode module according to claim 1, wherein the first diode chip has a higher withstand voltage than the second diode chip, and the second diode chip has a shorter reverse recovery time than the first diode chip.
前記一の位置における前記第1のダイオードチップと前記第2のダイオードチップとが、順方向の向きが同一となるように積層され、前記他の位置における前記第1のダイオードチップが前記第2のダイオードチップと順方向の向きが同一となるように積層されている
ことを特徴とする請求項1に記載のダイオードモジュール。 The second diode is stacked in a region including the one position and the other position on the wiring layer;
The first diode chip and the second diode chip at the one position are stacked so that their forward directions are the same, and the first diode chip at the other position is the second diode chip. Stacked so that the forward direction is the same as the diode chip
Diode module of claim 1, wherein the this.
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