JP6864713B2 - パワーモジュール構造 - Google Patents
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Description
このように、電流変化率が変化しない場合、大きい寄生インダクタンスにより高い電圧ピークが発生し、高すぎの電圧ピーク値によりデバイス信頼性を低下し、デバイスのオフによる損失を増加する。線路の寄生インダクタンスが低下した後、デバイスが小さい駆動抵抗を利用して速いオン/オフ速度を実現し、オン/オフにより損失を低減してインバータの効率を向上する。
第1の基準平面に設けられる第1の金属層と、
前記第1の基準平面に設けられ、前記第1の金属層に隣接する第2の金属層と、
第2の基準平面に設けられる第3の金属層と、
前記第2の基準平面に設けられ、前記第3の金属層に隣接し、接続ブリッジで前記第2の金属層に電気的に接続される第4の金属層と、
第1の端部及び第2の端部を含み、前記第1の端部が前記第3の金属層に電気的に接続され、前記第2の端部が前記第2の金属層に電気的に接続される第1のスイッチと、
第3の端部及び第4の端部を含み、前記第3の端部が前記第4の金属層に電気的に接続され、前記第4の端部が前記第1の金属層に電気的に接続される第2のスイッチとを含み、
前記第2の基準平面が前記第1の基準平面と平行となり、
前記第1の金属層及び前記第3の金属層は、前記第1の基準平面又は前記第2の基準平面に投影されて第1の重複領域が形成され、前記第1の金属層を流れる電流と前記第3の金属層を流れる電流とは、反対方向の電流である。
前記第1のブロックが前記第1のスイッチに接続され、且つ前記第3の金属層及び前記第2の金属層のうちの一方に接続され、前記第1のスイッチが前記第3の金属層及び前記第2の金属層のうちの他方に接続され、
第2のブロックが前記第2のスイッチに接続され、且つ前記第4の金属層及び前記第1の金属層のうちの一方に接続され、前記第2のスイッチが前記第4の金属層及び前記第1の金属層のうちの他方に接続される。
前記第3の金属層に電気的に接続される第1のパワー端子と、
前記第1の金属層に電気的に接続される第2のパワー端子と、
前記接続ブリッジに電気的に接続される第3のパワー端子と、をさらに含む。
前記第1の端部が前記第3の金属層に接続され、前記第2の端部が前記第1のブロックに接続され、且つ前記第1のブロックが前記第2の金属層に接続され、
前記第3の端部が前記第4の金属層に接続され、前記第4の端部が前記第2のブロックに接続され、且つ前記第2のブロックが前記第1の金属層に接続される。
前記第1の端部が前記第3の金属層に接続され、
前記第2の端部が第1の接続金属層に接続され、前記第1の接続金属層が前記第2の基準平面に設けられ前記第3の金属層に隣接し、前記第1の接続カラムが前記第1の接続金属層及び前記第2の金属層に接続され、
前記第3の端部が前記第3のブロックに接続され、前記第3のブロックが第2の接続金属層に接続され、前記第2の接続金属層が前記第1の基準平面に設けられ前記第1の金属層に隣接し、前記第2の接続カラムが前記第2の接続金属層及び前記第4の金属層に接続され、
前記第4の端部が前記第2のブロックに接続され、前記第2のブロックが前記第1の金属層に接続される。
前記第1の端部が前記第3の金属層に接続され、前記第2の端部が第1の接続金属層に接続され、前記第1の接続金属層が前記第2の基準平面に設けられ前記第3の金属層に隣接し、前記第1の接続カラムが前記第1の接続金属層及び前記第2の金属層に接続され、
前記第3の端部が第2の接続金属層に接続され、前記第2の接続金属層が第1の基準平面に設けられ前記第1の金属層に隣接し、前記第2の接続カラムが前記第2の接続金属層及び前記第4の金属層に接続され、前記第4の端部が前記第1の金属層に接続される。
第1の基準平面に設けられる第1の金属層と、
第2の基準平面に設けられる第2の金属層と、
前記第2の基準平面に設けられ、前記第2の金属層に隣接する第3の金属層と、
前記第1の基準平面と前記第2の基準平面との間に設けられ、前記第1の基準平面又は前記第2の基準平面と平行となる第4の金属層と、
第1の端部及び第2の端部を含み、前記第1の端部が前記第2の金属層に電気的に接続され、前記第2の端部が前記第1の金属層に電気的に接続される第1のスイッチと、
第3の端部及び第4の端部を含み、前記第3の端部が前記第1の金属層に電気的に接続され、前記第4の端部が前記第3の金属層に電気的に接続される第2のスイッチとを含み、
前記第2の基準平面が前記第1の基準平面と平行となり、
前記第4の金属層が前記第2の金属層及び前記第3の金属層のうちの一方の金属層に電気的に接続され、前記第4の金属層と、前記第2の金属層及び前記第3の金属層のうちの他方の金属層との前記第1の基準平面又は前記第2の基準平面への投影は、重複領域があり、前記第4の金属層を流れる電流及び前記他方の金属層を流れる電流は、反対方向の電流である。
前記第2の金属層に電気的に接続される第1のパワー端子と、
前記第3の金属層に電気的に接続される第2のパワー端子と、
前記第1の金属層に電気的に接続される第3のパワー端子とをさらに含む。
前記第1のブロックが前記第1のスイッチに接続され、且つ前記第2の金属層及び前記第1の金属層のうちの一方に接続され、前記第1のスイッチが前記第2の金属層及び前記第1の金属層のうちの他方に接続され、
前記第2のブロックが前記第2のスイッチに接続され、前記第2のブロックが前記第3の金属層及び前記第1の金属層のうちの一方に接続され、前記第2のスイッチが前記第3の金属層及び前記第1の金属層のうちの他方に接続され、前記第1のブロックと前記第2のブロックとが共に熱伝導体である。
この実施例における4つのペアのスイッチを備えるハーフブリッジモジュールの等価回路図を示し、ここで、スイッチS11、S12、S13及びS14は、第1のスイッチ281に対応し、スイッチS21、S22、S23及びS24は、第2のスイッチ282に対応する。当該実施例が第1の実施例と比べ、その相違点として、第1の金属層41及び第3の金属層43の前記第1の基準平面又は前記第2の基準平面への投影は、第1の重複領域があり、さらに、第2の金属層42及び第4の金属層の前記第1の基準平面又は前記第2の基準平面への投影は、第2の重複領域があり、前記接続ブリッジ27の前記第1の基準平面又は前記第2の基準平面への投影は、前記第2の重複領域の範囲に入る。第2の重複領域が存在するため、接続ブリッジ27は、実施例1のような異形の形状に構成される必要がなく、図27に示す柱状の接続ブリッジに構成されてもよい。第1のスイッチ281及び第2のスイッチ282は、柱状の接続ブリッジ27を介して電気的に接続され、第3のパワー端子33は、第2の基板22を介して柱状の接続ブリッジ27に接続され又は柱状の接続ブリッジ27に直接に接続される。実施例1と比べ、柱状の接続ブリッジ27は、異形の接続ブリッジによりも、加工を容易にし、さらに、より高い信頼性を有し、パワーモジュール構造のコストを低減する。
22 下部基板
23 信号端子
24 ボンディングワイヤ
25 第1のブロック
251 第1のブロック平面
252 第2のブロック平面
253 第3のブロック平面
254 第4のブロック平面
26 第2のブロック
27 接続ブリッジ
28 パワーデバイス
281 第1のスイッチ
2811 第1の端部
2812 第2の端部
282 第2のスイッチ
2821 第3の端部
2822 第4の端部
31 第1のパワー端子
32 第2のパワー端子
33 第3のパワー端子
61 第1の接続カラム
62 第2の接続カラム
63 第3のブロック
41 第1の金属層(実施例1〜10)
42 第2の金属層(実施例1〜10)
43 第3の金属層(実施例1〜10)
44 第4の金属層(実施例1〜10)
45 第1の接続金属層
46 第2の接続金属層
511〜514 接続材料
52 クランプコンデンサ
53 コンデンサ接続ブロック
54 第3の接続金属層
71 第1の金属層(実施例11)
72 第2の金属層(実施例11)
73 第3の金属層(実施例11)
74 第4の金属層(実施例11)
81 第1の金属層(実施例12)
82 第2の金属層(実施例12)
83 第3の金属層(実施例12)
84 第4の金属層(実施例12)
Claims (27)
- 第1の基準平面に設けられる第1の金属層と、
前記第1の基準平面に設けられ、前記第1の金属層に隣接する第2の金属層と、
第2の基準平面に設けられる第3の金属層と、
前記第2の基準平面に設けられ、前記第3の金属層に隣接し、接続ブリッジで前記第2の金属層に電気的に接続される第4の金属層と、
第1の端部及び第2の端部を含み、前記第1の端部が前記第3の金属層に電気的に接続され、前記第2の端部が前記第2の金属層に電気的に接続される第1のスイッチと、
第3の端部及び第4の端部を含み、前記第3の端部が前記第4の金属層に電気的に接続され、前記第4の端部が前記第1の金属層に電気的に接続される第2のスイッチと、を含むパワーモジュール構造であって、
前記第2の基準平面が前記第1の基準平面と平行となり、
前記第1の金属層及び前記第3の金属層は、前記第1の基準平面又は前記第2の基準平面に投影されて第1の重複領域が形成され、前記第1の金属層を流れる電流と前記第3の金属層を流れる電流とは、反対方向の電流であり、
前記パワーモジュール構造は、第1の基板、第2の基板及び信号端子をさらに含み、
前記第1の金属層及び前記第2の金属層が前記第1の基板の下面に設けられ、前記第3の金属層及び第4の金属層が前記第2の基板の上面に設けられ、
前記信号端子は、ボンディングワイヤ、又はボンディングワイヤ及びPCB板を介して、前記第1のスイッチ及び前記第2のスイッチの信号端に接続される、
ことを特徴とするパワーモジュール構造。 - 第1のブロック及び第2のブロックをさらに含み、
前記第1のブロックが前記第1のスイッチに接続され、且つ前記第3の金属層及び前記第2の金属層のうちの一方に接続され、前記第1のスイッチが前記第3の金属層及び前記第2の金属層のうちの他方に接続され、
前記第2のブロックが前記第2のスイッチに接続され、且つ前記第4の金属層及び前記第1の金属層のうちの一方に接続され、前記第2のスイッチが前記第4の金属層及び前記第1の金属層のうちの他方に接続される、
ことを特徴とする請求項1に記載のパワーモジュール構造。 - 前記接続ブリッジは、前記第1のスイッチと前記第2のスイッチとの間に均一に分布される、
ことを特徴とする請求項1に記載のパワーモジュール構造。 - 前記接続ブリッジは、前記第1のスイッチと前記第2のスイッチとの間の一部の領域又は外部に集中されて設けられる、
ことを特徴とする請求項1に記載のパワーモジュール構造。 - 前記第3の金属層に電気的に接続される第1のパワー端子と、
前記第1の金属層に電気的に接続される第2のパワー端子と、
前記接続ブリッジに電気的に接続される第3のパワー端子と、をさらに含み、
前記第1のパワー端子と前記第2のパワー端子の前記第1の基準平面又は前記第2の基準平面への投影は、少なくとも一部が重複され、
前記第1の金属層と前記第2のパワー端子との接続領域及び前記第3の金属層と前記第1のパワー端子との接続領域の前記第1の基準平面又は前記第2の基準平面への投影は、重なり、
前記第1のスイッチが第1の方向に沿ってライン状に配列され、前記第2のスイッチが前記第1の方向に沿ってライン状に配列され、前記第1のパワー端子及び前記第2のパワー端子が前記第1の方向に沿って引出し、前記第3のパワー端子が前記第1の方向と反対する方向に沿って引き出す、
ことを特徴とする請求項1に記載のパワーモジュール構造。 - 各の前記第1のスイッチと各の前記第2のスイッチが1つのペアとして直列接続され、複数のペアの前記第1のスイッチと前記第2のスイッチが並列的に配列される、
ことを特徴とする請求項1に記載のパワーモジュール構造。 - 前記第1の金属層を流れる電流と前記第3の金属層を流れる電流が第3の基準平面を貫通する方向は、反対方向であり、
前記第3の基準平面は、前記第1の重複領域を垂直に切断する、
ことを特徴とする請求項1に記載のパワーモジュール構造。 - 前記第1のスイッチと前記第2のスイッチが共に縦型の素子であり、
前記第1の端部が前記第3の金属層に接続され、前記第2の端部が前記第1のブロックに接続され、且つ前記第1のブロックが前記第2の金属層に接続され、
前記第3の端部が前記第4の金属層に接続され、前記第4の端部が前記第2のブロックに接続され、且つ前記第2のブロックが前記第1の金属層に接続される、
ことを特徴とする請求項2に記載のパワーモジュール構造。 - 前記第1のスイッチと前記第2のスイッチとが共に平面型の素子であり、
前記パワーモジュール構造は、さらに、第3のブロック、第1の接続カラム及び第2の接続カラムを含み、
前記第1の端部が前記第3の金属層に接続され、
前記第2の端部が第1の接続金属層に接続され、前記第1の接続金属層が前記第2の基準平面に設けられ前記第3の金属層に隣接し、前記第1の接続カラムが前記第1の接続金属層及び前記第2の金属層に接続され、
前記第3の端部が前記第3のブロックに接続され、前記第3のブロックが第2の接続金属層に接続され、前記第2の接続金属層が前記第1の基準平面に設けられ前記第1の金属層に隣接し、前記第2の接続カラムが前記第2の接続金属層及び前記第4の金属層に接続され、
前記第4の端部が前記第2のブロックに接続され、前記第2のブロックが前記第1の金属層に接続される、
ことを特徴とする請求項2に記載のパワーモジュール構造。 - 前記第1のスイッチと前記第2のスイッチとが共に平面型の素子であり、
前記パワーモジュール構造は、さらに、第1の接続カラム及び第2の接続カラムを含み、
前記第1の端部が前記第3の金属層に接続され、前記第2の端部が第1の接続金属層に接続され、前記第1の接続金属層が前記第2の基準平面に設けられ前記第3の金属層に隣接し、前記第1の接続カラムが前記第1の接続金属層及び前記第2の金属層に接続され、
前記第3の端部が第2の接続金属層に接続され、前記第2の接続金属層が第1の基準平面に設けられ前記第1の金属層に隣接し、前記第2の接続カラムが前記第2の接続金属層及び前記第4の金属層に接続され、前記第4の端部が前記第1の金属層に接続される、
ことを特徴とする請求項2に記載のパワーモジュール構造。 - 前記第1の基準平面と前記第2の基準平面との間に設けられ、前記第3の金属層と前記第1の金属層との間に電気的に接続されるクランプコンデンサをさらに含む、
ことを特徴とする請求項1に記載のパワーモジュール構造。 - 横臥型のクランプコンデンサ及びコンデンサ接続ブロックをさらに含み、
前記横臥型のクランプコンデンサ及び前記コンデンサ接続ブロックが前記接続ブリッジの外側に位置し、前記横臥型のクランプコンデンサの一端が前記第3の金属層に接続され、他端が第3の接続金属層及び対応する前記コンデンサ接続ブロックを介して前記第1の金属層に電気的に接続される、
ことを特徴とする請求項3に記載のパワーモジュール構造。 - 横臥型のクランプコンデンサ及びコンデンサ接続ブロックをさらに含み、
前記横臥型のクランプコンデンサ及び前記コンデンサ接続ブロックが前記接続ブリッジ内の中空部に位置し、前記横臥型のクランプコンデンサの一端が前記第3の金属層に接続され、他端が第3の接続金属層及び対応する前記コンデンサ接続ブロックを介して前記第1の金属層に電気的に接続される、
ことを特徴とする請求項3に記載のパワーモジュール構造。 - 横臥型のクランプコンデンサ及びコンデンサ接続ブロックをさらに含み、
前記横臥型のクランプコンデンサ及び前記コンデンサ接続ブロックが前記第1のスイッチと前記第2のスイッチとの間に位置し、前記横臥型のクランプコンデンサの一端が前記第3の金属層に電気的に接続され、他端が前記コンデンサ接続ブロックを介して前記第1の金属層に電気的に接続される、
ことを特徴とする請求項4に記載のパワーモジュール構造。 - アップライト型のクランプコンデンサをさらに含み、
前記アップライト型のクランプコンデンサが前記第1のスイッチと前記第2のスイッチとの間に位置し、前記アップライト型のクランプコンデンサの一端が前記第3の金属層に電気的に接続され、他端が前記第1の金属層に電気的に接続される、
ことを特徴とする請求項4に記載のパワーモジュール構造。 - 少なくとも一部の前記第1の重複領域は、第1のスイッチの領域の前記第1の基準平面への投影と第2のスイッチの領域の前記第1の基準平面への投影との間に位置し、
前記第1のスイッチの領域が前記第1のスイッチの最小エンベロープ領域であり、前記第2のスイッチの領域が前記第2のスイッチの最小エンベロープ領域である、
ことを特徴とする請求項1に記載のパワーモジュール構造。 - 前記第1のスイッチに第1の信号端子が接続され、前記第2のスイッチに第2の信号端子が接続され、
前記第1の信号端子の配線の引出方向及び前記第2の信号端子の配線の引出方向が前記第1の重複領域から離れる方向にそれぞれ延在する、
ことを特徴とする請求項16に記載のパワーモジュール構造。 - 前記第1のブロック及び前記第2のブロックの少なくとも1つは、スイッチと接触する第1のブロック平面及び金属層と接触する第2のブロック平面を含み、
前記第2のブロック平面の前記第1の基準平面への投影及び前記第1のブロック平面の前記第1の基準平面への投影は、一部が重複され、且つ前記第2のブロック平面の前記第1の基準平面への投影は、前記第1のブロック平面の前記第1の基準平面への投影より大きい、
ことを特徴とする請求項2に記載のパワーモジュール構造。 - 前記第2のブロック平面の前記第1の基準平面への投影する端側は、前記第1のブロック平面の前記第1の基準平面への投影する端側よりも外側に0.5〜5mm突出し、
前記第1のブロック平面の少なくとも1つの端側に前記第2のブロック平面に向けて凹む凹段部が形成されており、前記凹段部は、前記第1のブロック平面に接続される第4のブロック平面及び前記第4のブロック平面に接続される第3のブロック平面を含み、前記第3のブロック平面と前記第1のブロック平面とのピッチが0.1mmより大きく、前記第3のブロック平面と第2のブロック平面とのピッチが0.5mmより大きい、
ことを特徴とする請求項18に記載のパワーモジュール構造。 - 前記接続ブリッジの前記第1の基準平面又は前記第2の基準平面への投影は、前記第1の重複領域と重なる、
ことを特徴とする請求項1に記載のパワーモジュール構造。 - 前記第2の金属層と前記第4の金属層との前記第1の基準平面又は前記第2の基準平面への投影は、第2の重複領域があり、前記接続ブリッジの前記第1の基準平面又は前記第2の基準平面への投影は、前記第2の重複領域の範囲に入る、
ことを特徴とする請求項1に記載のパワーモジュール構造。 - 前記接続ブリッジは、柱状の接続ブリッジであり、
前記接続ブリッジの前記第1の基準平面又は前記第2の基準平面への投影は、前記第1の重複領域と重ならなく、
前記第1の重複領域及び前記第2の重複領域は、千鳥状に配置される、
ことを特徴とする請求項21に記載のパワーモジュール構造。 - 第1の基準平面に設けられる第1の金属層と、
第2の基準平面に設けられる第2の金属層と、
前記第2の基準平面に設けられ、前記第2の金属層に隣接する第3の金属層と、
前記第1の基準平面と前記第2の基準平面との間に設けられ、前記第1の基準平面又は前記第2の基準平面と平行となる第4の金属層と、
第1の端部及び第2の端部を含み、前記第1の端部が前記第2の金属層に電気的に接続され、前記第2の端部が前記第1の金属層に電気的に接続される第1のスイッチと、
第3の端部及び第4の端部を含み、前記第3の端部が前記第1の金属層に電気的に接続され、前記第4の端部が前記第3の金属層に電気的に接続される第2のスイッチと、を含み、
前記第2の基準平面が前記第1の基準平面と平行となり、
前記第4の金属層が前記第2の金属層及び前記第3の金属層のうちの一方の金属層に電気的に接続され、前記第4の金属層と、前記第2の金属層及び前記第3の金属層のうちの他方の金属層との前記第1の基準平面又は前記第2の基準平面への投影は、重複領域があり、前記第4の金属層を流れる電流及び前記他方の金属層を流れる電流は、反対方向の電流である、
ことを特徴とするパワーモジュール構造。 - 少なくとも一部の前記重複領域は、第1のスイッチの領域の第1の基準平面への投影と第2のスイッチの領域の第1の基準平面への投影との間に位置し、
前記第1のスイッチの領域が前記第1のスイッチの最小エンベロープ領域であり、前記第2のスイッチの領域が前記第2のスイッチの最小エンベロープ領域であり、
前記第1のスイッチに第1の信号端子が接続され、前記第2のスイッチに第2の信号端子が接続され、前記第1の信号端子の配線の引出方向及び前記第2の信号端子の配線の引出方向は、前記重複領域から離れる方向にそれぞれ延在する、
ことを特徴とする請求項23に記載のパワーモジュール構造。 - 前記第2の金属層に電気的に接続される第1のパワー端子と、
前記第3の金属層に電気的に接続される第2のパワー端子と、
前記第1の金属層に電気的に接続される第3のパワー端子と、をさらに含み、
前記第1のスイッチが第1の方向に沿ってライン状に配列され、前記第2のスイッチが前記第1の方向に沿ってライン状に配列され、前記第1のパワー端子、第2のパワー端子が第1の方向に沿って引出し、第3のパワー端子が第1の方向と反対する方向に沿って引出す、
ことを特徴とする請求項23に記載のパワーモジュール構造。 - 第1のブロック及び第2のブロックをさらに含み、
前記第1のブロックが前記第1のスイッチに接続され、且つ前記第2の金属層及び前記第1の金属層のうちの一方に接続され、前記第1のスイッチが前記第2の金属層及び前記第1の金属層のうちの他方に接続され、
前記第2のブロックが前記第2のスイッチに接続され、前記第2のブロックが前記第3の金属層及び前記第1の金属層のうちの一方に接続され、前記第2のスイッチが前記第3の金属層及び前記第1の金属層のうちの他方に接続され、
前記第1のブロックと前記第2のブロックとが共に熱伝導体である、
ことを特徴とする請求項23に記載のパワーモジュール構造。 - 前記第1のブロック及び前記第2のブロックの少なくとも1つは、スイッチと接触する第1のブロック平面及び金属層と接触する第2のブロック平面を含み、
前記第2のブロック平面の前記第1の基準平面への投影及び前記第1のブロック平面の前記第1の基準平面への投影は、一部が重複され、且つ前記第2のブロック平面の前記第1の基準平面への投影は、前記第1のブロック平面の前記第1の基準平面への投影より大きく、
前記第2のブロック平面の前記第1の基準平面への投影する端側は、前記第1のブロック平面の前記第1の基準平面への投影する端側よりも外側に0.5〜5mm突出し、
前記第1のブロック平面の少なくとも1つの端側に前記第2のブロック平面に向けて凹む凹段部が形成されており、前記凹段部は、前記第1のブロック平面に接続される第4のブロック平面及び前記第4のブロック平面に接続される第3のブロック平面を含み、前記第3のブロック平面と前記第1のブロック平面とのピッチが0.1mmより大きく、前記第3のブロック平面と第2のブロック平面とのピッチが0.5mmより大きい、
ことを特徴とする請求項26に記載のパワーモジュール構造。
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