JP7076404B2 - 半導体モジュールおよび半導体パッケージ - Google Patents

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Description

本発明は半導体モジュールに関し、特に、パワートランジスタと、パワートランジスタを駆動する駆動回路とを内蔵した半導体モジュールに関する。
特許文献1には、PWM(pulse width modulation)信号の生成機能を有するMPU(micro processing unit)を内蔵し、外部のコントローラからの信号に基づいて、スイッチングデバイスを制御するPWM信号を内部で生成する半導体モジュールが開示されている。
また、特許文献2においては、マイクロコントローラとPWM信号源を内蔵し、マイクロコントローラからのトリガ信号に基づいて、PWM信号源がPWM信号を生成してスイッチングデバイスを制御する制御ユニットが開示されている。
特開2000-91499号公報 特開2006-109692号公報
半導体モジュールがPWM信号を内部で生成する場合、そのためのMPUまたはPWM信号源を内蔵しなければならず、モジュールを小型化できないと言う問題があった。また、半導体モジュールの動作特性を変更できるようにするには、外部のコントローラと内部のコントローラとの間で通信を行い、変更のためのデータを外部から受けると共に、変更のタイミングを規定するトリガ信号も外部から受ける必要があり、そのための端子が必要となって、モジュールを小型化できないと言う問題があった。
本発明は上記のような問題を解決するためになされたものであり、動作特性を変更できる小型化された半導体モジュールを提供することを目的とする。
本発明に係る半導体モジュールは、動作特性を変更できる半導体モジュールであって、第1の電位と前記第1の電位よりも低い第2の電位との間に直列に接続され、相補的に動作する第1および第2のトランジスタと、前記第1および第2のトランジスタを制御する制御回路と、外部に設けられたコントローラから動作特性の設定値を含むデータ信号を受信してメモリに格納した後、前記動作特性の設定値を前記制御回路に転送する内部コントローラと、を備え、前記データ信号は、前記動作特性の設定値、前記動作特性の設定値の前記制御回路への転送開始のタイミングを規定する特定のトリガ値の順に前記内部コントローラに送信され、前記内部コントローラは、前記メモリに前記特定のトリガ値が書き込まれたタイミングで、前記メモリに格納された前記動作特性の設定値を前記制御回路に転送し、前記制御回路は、前記第1および第2のトランジスタをそれぞれ駆動すると共に、前記半導体モジュールの動作特性を規定する第1および第2のドライバを有し、前記内部コントローラから転送された前記動作特性の設定値に基づいて前記第1および第2のドライバの設定を変更することで前記半導体モジュールの動作特性を変更する。
本発明に係る半導体モジュールによれば、データ信号に動作特性の設定値、動作特性の設定値の制御回路への転送開始のタイミングを規定する特定のトリガ値が含まれるので、トリガ信号を内部コントローラに送信するための専用の端子が不要となり、モジュールの端子数が低減され、動作特性を変更できる小型化された半導体モジュールを得ることができる。
本発明に係る実施の形態1の半導体モジュールの構成を示すブロック図である。 書き込み制御部の構成の一例を示す図である。 設定値保持部の構成の一例を示す図である。 下アームの駆動能力可変ドライバの構成の一例を示す図である。 本発明に係る実施の形態1の半導体モジュールの概略動作を説明するフローチャートである。 本発明に係る実施の形態1の半導体モジュールの動作を示すタイミングチャートである。 本発明に係る実施の形態2の半導体モジュールの構成を示すブロック図である。 本発明に係る実施の形態3の半導体モジュールの構成を示すブロック図である。 本発明に係る実施の形態4の半導体モジュールの構成を示すブロック図である。 設定値保持部の構成の一例を示す図である。 3相電力を出力する半導体モジュールの回路図である。 半導体モジュールをリードフレーム上に搭載して樹脂封止した半導体パッケージの構成を示す図である。 半導体モジュールをリードフレーム上に搭載して樹脂封止した半導体パッケージの構成を示す図である。 半導体モジュールをリードフレーム上に搭載して樹脂封止した半導体パッケージの構成を示す図である。
<実施の形態1>
<装置構成>
図1は本発明に係る実施の形態1の半導体モジュール100の構成を示すブロック図である。図1に示すように半導体モジュール100は、外部のモータコントローラMCU1からPWM信号PMSと、通信信号としてクロック信号CLK1(第1のクロック信号)およびデータ信号D1を受けて、モータMTを駆動するモジュールである。なお、図1では、半導体モジュール100をモータMTの1相の電力を出力するモジュールとして示しているが、これは簡略化のためであり、2相、3相の電力を出力するモジュールとして構成することもできる。
図1に示すように、半導体モジュール100は、内部コントローラMCU2と、内部コントローラMCU2によって制御される駆動IC(集積回路)10と、駆動IC10によって相補的に動作するパワートランジスタQ1(第1のトランジスタ)およびパワートランジスタQ2(第2のトランジスタ)を有している。
内部コントローラMCU2は、例えばI2C(Inter-Integrated Circuit)規格のような既存の通信規格で使用される通信信号(CLK1、D1)を、モータコントローラMCU1から受ける。一方、内部コントローラMCU2と駆動IC10との間の通信は、アドレスの指定もなく、フレームも設定せず、プロトコルも使わない通信、すなわち非通信規格での通信でクロック信号CLK2(第2のクロック信号)およびデータ信号D2を授受する。
モータコントローラMCU1および内部コントローラMCU2は、例えば、マイコン(マイクロコントローラ)で構成することができる。
また、駆動IC10はモータコントローラMCU1からPWM信号PMSを受け、パワートランジスタQ1およびQ2を制御する。パワートランジスタQ1およびQ2は、高電位(第1の電位)の主電源端子Pと低電位(第2の電位)の接地端子Nとの間に直列に接続されたスイッチングデバイスであり、図1では、IGBT(insulated gate bipolar transistor)の直列接続を例示している。なお、主電源端子P側を上アーム、接地端子N側を下アームと呼称する。
パワートランジスタQ1およびQ2の接続ノードが半導体モジュール100の出力ノードとしてモータMTに接続される。
内部コントローラMCU2は、例えばI2C規格のような既存の通信規格に対応し、モータコントローラMCU1と通信する通信制御部11、通信制御部11とモータコントローラMCU1との間の通信で得られた設定値をメモリマップに格納するメモリMM、メモリMMへのデータの書き込みを制限する書き込み制御部12、メモリマップ上の特定のアドレス値のデータ値(トリガ値)をモニタするトリガモニタ13、およびメモリマップに格納された設定値を取り出し、駆動IC10にデータとして出力するデータ取得・転送部14を有している。
なお、内部コントローラMCU2において、メモリMM以外はプロセッサ上で実行されるプログラムによる処理機能として実現することができるが、専用のハードウェアによって実現することもできる。専用のハードウェアによって実現する場合には、例えば、単一回路、複合回路、プログラム化したプロセッサ、並列プログラム化したプロセッサ、ASIC(Application Specific Integrated Circuit)、FPGA(Field-Programmable Gate Array)、またはこれらの組み合わせを適用することができる。
メモリMMのメモリマップには、例えば、駆動IC10に備わるドライバの駆動能力を規定する設定値データに加え、トリガ信号に該当するデータ値(トリガ値)が格納される。図1の例では、ドライバの駆動能力の設定値データは、上アーム側のドライバ用のデータがアドレス0x02に格納され、下アーム側のドライバ用のデータがアドレス0x05に格納され、トリガ信号に該当するデータがアドレス0x00に格納される。
なお、図1においては、ドライバの駆動能力以外に、その他の能力を規定する「その他1」も例示しているが、これについては本実施の形態では特定しない。
トリガモニタ13は、メモリマップ内のトリガ信号に該当するデータ値(トリガ値)が格納されたアドレスを常に監視しており、トリガ値に応じて書き込み制御部12およびデータ取得・転送部14を制御する。
書き込み制御部12は、トリガモニタ13からの制御信号CNTに基づいて、モータコントローラMCU1との通信で得られるデータ信号D1を通信制御部11に入力させるか、接地(GND)レベルに落として通信を禁止する。データ信号D1がGNDレベルに落ちるとモータコントローラMCU1との通信がビジー状態となり、通信制御部11はモータコントローラMCU1からのデータ通信を受け付けなくなる。これにより、内部コントローラMCU2から駆動IC10へのデータ転送時に内部コントローラMCU2のデータが更新されることを防ぐことができる。
図2は、書き込み制御部12の構成の一例を模式的に示す図である。図2に示されるように書き込み制御部12は、データ信号D1が通る通信線CLをGNDレベルに接続するか、フローティングに保つかを切り替えるスイッチSWXを有しており、スイッチSWXはトリガモニタ13からの制御信号CNTにより切り替え制御される。
より具体的には、制御信号CNTが“1”の場合には、通信線CLを接地された端子T1に接続するように切り替えられ、制御信号CNTが“0”の場合には、通信線CLをフローティングの端子T0に接続するように切り替えられる。
データ取得・転送部14は、モータコントローラMCU1との通信がビジー状態となっている期間に、メモリマップから駆動IC10に転送するための複数のデータを取得し、データを連結してデータ信号D2に変換した後、駆動IC10にデータ転送(シフトアウト)する。
図1に示すように、駆動IC10には駆動能力可変ドライバVD1(第1のドライバ)および駆動能力可変ドライバVD2(第2のドライバ)と設定値保持部21を備えている。駆動能力可変ドライバVD1およびVD2は、それぞれパワートランジスタQ1およびQ2を駆動するドライバであり、駆動能力を変更することができる。なお、駆動能力可変ドライバVD1およびVD2には、モータコントローラMCU1からPWM信号PMSが入力され、また、設定値保持部21から駆動能力を設定する設定値SET1およびSET2がそれぞれ入力される。
図3は、設定値保持部21の構成の一例を示す図であり、設定値保持部21はシフトレジスタで構成することができる。すなわち、図3に示されるように、複数のフリップフロップFRをカスケード接続することでシフトレジスタが構成される。データ信号D2は、先頭のフリップフロップFRのD入力に入力され、クロック信号CLK2は全てのフリップフロップFRのクロック入力に入力される。
各フリップフロップFRのQ出力が駆動能力可変ドライバへの制御信号となる。図3の例では、前段の8ビット(bit)分のフリップフロップFRのQ出力が上アームの駆動能力可変ドライバVD1への設定値SET1となり、後段の8ビット分のフリップフロップFRのQ出力が下アームの駆動能力可変ドライバVD2への設定値SET2となる。
より具体的な例を図4に示す。図4は、下アームの駆動能力可変ドライバVD2の構成の一例を示す図である。図4に示されるように、駆動能力可変ドライバVD2は、パワートランジスタQ2のゲートに対して複数並列に接続されたドライバDDを有している。複数のドライバDDのうち1つ以外は、全てスイッチSWを介してパワートランジスタQ2のゲートに接続され、スイッチSWのオン、オフによりパワートランジスタQ2のゲートへの接続および遮断が制御される。このスイッチSWのオン、オフの制御が、フリップフロップFRのQ出力である設定値SET2によってなされ、フリップフロップFRのQ出力から“1”が出力されることでスイッチSWがオンする。オン状態のスイッチSW数が増えるとパワートランジスタQ2を駆動するドライバDD数を増やすことができ、駆動能力を高くすることができる。このように設定値SET2に応じて駆動能力を可変することができる。なお、図4では下アームの駆動能力可変ドライバVD2の構成を示したが、上アームの駆動能力可変ドライバVD1の構成も同様である。
<動作>
図5は、半導体モジュール100の概略動作を説明するフローチャートである。半導体モジュール100のユーザが、モータコントローラMCU1に対して複数の設定値を入力すると、モータコントローラMCU1は、データ信号D1およびクロック信号CLK1を半導体モジュール100の通信制御部11に送信する。
この段階では、内部コントローラMCU2内のトリガ値は“0”であるので、書き込み制御部12はメモリMMへのデータ信号D1の書き込みを禁止せず、データ信号D1はメモリマップの該当箇所に書き込まれ(ステップS0)、設定値が更新される。
設定値が更新されると、最後にメモリマップにトリガ値“1”を書き込み、書き込みを終了すると共に、メモリマップへのデータの書き込みを禁止する(ステップS1)。
データの書き込みが禁止されると、書き込まれた設定値がデータ取得・転送部14によってメモリMMから読み出され、取得される(ステップS2)。
データ取得・転送部14では、取得した複数のデータを連結してデータ信号D2に変換する(ステップS3)。
データ取得・転送部14は、データ信号D2をクロック信号CLK2と共に駆動IC10に転送(シフトアウト)する(ステップS4)。
駆動IC10へのデータ転送が終わると、トリガモニタ13はメモリMM内のトリガ値を“0”とし、メモリMMへのデータ信号D1の書き込み禁止を解除する(ステップS5)。以後、ステップS0以下の動作を繰り返す。
ステップS0~S5の動作は、モータコントローラMCU1からの設定値の更新があるごとに繰り替えされるが、設定値の更新がない場合はメモリマップに記憶された設定値、ここでは、駆動能力可変ドライバVD1およびVD2の駆動能力の設定値を用いて駆動能力可変ドライバVD1およびVD2の駆動能力が設定され、当該駆動能力でモータコントローラMCU1からのPWM信号PMSに基づいてパワートランジスタQ1およびQ2の駆動制御を行うこととなる。なお、駆動能力可変ドライバを用いたパワートランジスタの駆動制御は周知の技術であるので、説明は省略する。
図6は半導体モジュール100の動作を示すタイミングチャートである。以下、図6を用いて半導体モジュール100の動作の一例を説明する。
図6においては、上から順にPWM信号PMS、クロック信号CLK1、データ信号D1、トリガ値、上アームの駆動能力可変ドライバVD1の設定値、下アームの駆動能力可変ドライバVD2の設定値、トリガモニタ13からの制御信号CNT、クロック信号CLK2、データ信号D2および駆動IC10内の設定値保持部21で保持される設定値SET1、SET2のタイミングチャートを示している。
半導体モジュール100が3相出力である場合は、U相、V相、W相のそれぞれについてPWM信号PMSが与えられるが、図6においては便宜的に1相分だけを示しており、パルス幅も均一で、パルス間隔も均等な信号として示している。
データ信号D1は、識別デバイスID、所定のアドレスと、当該アドレスに格納されるドライバの駆動能力の設定値データおよびトリガ値が含まれている。すなわち、データ信号D1は、アドレス0x02に上アーム側のドライバ用のデータ0x07が格納され、アドレス0x05に下アーム側のドライバ用のデータ0x02が格納され、アドレス0x00にトリガ値0x01が格納されるデータ構成となっている。
先に図5を用いて説明したように、ステップS0では、内部コントローラMCU2内のトリガ値が“0(0x00)”である期間にはメモリMMへのデータ信号D1の書き込みができるので、当該期間に、書き込みが行われる。
すなわち、最初の通信フレームでアドレス0x02に上アーム側のドライバ用のデータ0x07が書き込まれ、次の通信フレームでアドレス0x05に下アーム側のドライバ用のデータ0x02が書き込まれ、最後の通信フレームでアドレス0x00にトリガ値0x01(“1”)が書き込まれる。
メモリマップにトリガ値“1”が書き込まれると、メモリマップの設定値を駆動IC10に転送するモードとなり、トリガモニタ13からの制御信号CNTが“L”レベルから“H”レベルに立ち上がり、書き込み制御部12によってメモリマップへのデータの書き込みが禁止される(ステップS1)。これにより内部コントローラMCU2から駆動IC10へのデータ転送時のメモリ値の変化を防ぐ。
具体的には、トリガモニタ13がメモリMM内にトリガ値“1”を検出すると、書き込み制御部12への制御信号CNTを“0”から“1”に変化させることで、書き込み制御部12がモータコントローラMCU1との通信を疑似的にビジー状態とし、モータコントローラMCU1から内部コントローラMCU2へのデータ転送を阻止する。
内部コントローラMCU2へのデータ転送が禁止されると、メモリMM内に書き込まれた設定値がデータ取得・転送部14によって読み出され(ステップS2)、データを連結し(ステップS3)、駆動IC10にシフトアウトする(ステップS4)。
本実施の形態1では、メモリMM内のメモリマップの上アーム側のドライバ用のデータ0x07(1byet:8bit)と下アーム側のドライバ用のデータ0x02(1byet:8bit)を取得して連結し、2byteのデータ転送用のビットストリームとしてデータ信号D2を作成し、クロックCLK2の出力タイミングで1ビットずつシフトアウトする。
駆動IC10では、設定値保持部21を構成するフリップフロップでこのデータ信号D2を受け、最初の1byte分を上アーム側の駆動能力可変ドライバVD1の設定値とし、最後の1byteを下アーム側の駆動能力可変ドライバVD2の設定値として、それぞれ入力する。この設定値によって駆動能力可変ドライバVD1およびVD2の駆動能力が変更されることで、半導体モジュール100の動作特性が変更されることとなる。
クロックCLK2の送信が終了して駆動IC10へのデータ転送が終わると、データ取得・転送部からトリガモニタ13へ転送完了信号が送られ、トリガモニタ13がメモリMM内のトリガ値を“0”とし、書き込み制御部12への制御信号CNTを“1”から“0”に変化させることで、メモリMMへのデータ信号D1の書き込み禁止が解除され(ステップS5)、モータコントローラMCU1からの設定値の入力を受け付ける状態に戻る。
以上説明したように、本実施の形態1の半導体モジュール100においては、モータコントローラMCU1と内部コントローラMCU2との間で通信を行い、半導体モジュール100の動作特性を変更するためのデータをモータコントローラMCU1から受信して内部コントローラMCU2に格納する構成となっている。その際、格納したデータを内部コントローラMCU2のメモリMMから読み出して駆動IC10にシフトアウトするタイミングを規定するトリガ値もモータコントローラMCU1からのデータ信号D1に含めて送信し、メモリマップの所定のアドレスに格納する。
このトリガ値が所定のアドレスに格納されると、半導体モジュール100の動作特性を変更するためのデータがメモリMMから読み出されて駆動IC10にシフトアウトされる。このため、トリガ信号をモータコントローラMCU1から内部コントローラMCU2に送信するための専用の端子が不要となり、モジュールの端子数が低減され、動作特性を変更できる小型化された半導体モジュールを得ることができる。
また、本実施の形態1の半導体モジュール100においては、モータコントローラMCU1からのデータ信号D1の送信に使用されるクロック信号CLK1と、内部コントローラMCU2からのデータ信号D2の送信に使用されるクロックCLK2とではクロックの周波数に大きな違いがある。
すなわち、モータコントローラMCU1と内部コントローラMCU2との間のように、MCU(Micro-Controller Unit)間は一般的に基板配線で接続されるためパワートランジスタのノイズを受けやすいことに加え、外部のMCUはコスト低減のために安価なMCUが使われる傾向にあり、MCU間の通信に使用されるクロック信号CLK1は100kHz程度になる。
一方、内部コントローラMCU2と駆動IC10との間は、モジュール内部に集積されパワートランジスタのノイズを受けにくいので、クロック信号CLK2が200~500kHz程度でも通信が可能である。
このため、図6に示したタイミングチャートでは、クロック信号CLK1の周波数は、I2C規格の100kHzとし、クロック信号CLK2の周波数は500kHz程度とし、クロック信号CLK2の速度がクロック信号CLK1の速度よりも大きくなるようにしている。クロック信号CLK2の速度を速くすることで、動作特性を変更するためのデータの転送を素早く行うことが可能となる。
<実施の形態2>
図7は本発明に係る実施の形態2の半導体モジュール200の構成を示すブロック図である。なお、図7においては、図1を用いて説明した半導体モジュール100と同一の構成については同一の符号を付し、重複する説明は省略する。
図7に示すように半導体モジュール200は、実施の形態1の半導体モジュール100の駆動IC10に代えて、駆動IC10Aを有している点で半導体モジュール100と異なっている。
駆動IC10Aは、パワートランジスタQ1を駆動する駆動能力可変ドライバVD1の前段に可変遅延バッファTDを有し、モータコントローラMCU1からのPWM信号PMSは、可変遅延バッファTDに入力される。可変遅延バッファTDは、PWM信号PMSがモジュールに入力されてから駆動能力可変ドライバVD1に信号が伝達されるまでの時間を任意に設定できるバッファであり、設定値保持部21から伝達遅延時間を設定する設定値SET3が入力される。可変遅延バッファTDによりPWM信号PMSの入力から可駆動能力可変ドライバVD1までの信号伝達時間を調整することにより、パワートランジスタQ1のオン、オフのタイミングが変更されることで、半導体モジュール200の動作特性が変更されることとなる。
このように半導体モジュール200では、可変遅延バッファTDを有するため、内部コントローラMCU2のメモリMMのメモリマップには、上アーム側のパワートランジスタQ1のオン、オフのタイミングを設定する遅延設定値データ0x02がアドレス0x03に格納されている。
半導体モジュール200では、駆動能力可変ドライバVD1およびVD2の駆動能力だけでなく、パワートランジスタQ1のオン、オフのタイミングを可変にすることができ、変更できる動作特性を増やして、パワートランジスタQ1およびQ2の制御を、より的確に行うことができる。
また、変更できる動作特性を増やした場合でも、モータコントローラMCU1と内部コントローラMCU2との間の信号、および内部コントローラMCU2と駆動IC10Aとの間の信号は半導体モジュール100と同様の構成で済む。
また、変更できる動作特性を増やす場合でも、トリガ信号などの信号の追加は不要であり、モジュールの端子数が増加することがなく、変更できる動作特性の追加によるモジュールの大型化を招くことがない。
<実施の形態3>
図8は本発明に係る実施の形態3の半導体モジュール300の構成を示すブロック図である。なお、図8においては、図1を用いて説明した半導体モジュール100と同一の構成については同一の符号を付し、重複する説明は省略する。
図8に示すように半導体モジュール300は、実施の形態1の半導体モジュール100の駆動IC10に代えて、高電位側のHVIC(High Voltage IC)10H(第1の制御回路)と、低電位側のLVIC(Low Voltage IC)10L(第2の制御回路)との2つの駆動ICを有している点で半導体モジュール100と異なっている。
図8に示すように、HVIC10Hは、駆動能力可変ドライバVD1と設定値保持部211を備えており、駆動能力可変ドライバVD1には、モータコントローラMCU1からPWM信号PMSが入力され、また、設定値保持部211から駆動能力を設定する設定値SET1が入力される。
また、LVIC10Lは、駆動能力可変ドライバVD2と設定値保持部212を備えており、駆動能力可変ドライバVD2には、モータコントローラMCU1からPWM信号PMSが入力され、また、設定値保持部212から駆動能力を設定する設定値SET2が入力される。
駆動ICをHVIC10HとLVIC10Lとに分けたので、内部コントローラMCU2のデータ取得・転送部14は、メモリMMから読み出したデータをHVIC10HおよびLVIC10Lのそれぞれに転送することとなる。すなわち、LVIC10Lにはアドレス0x05の下アーム側のドライバ用のデータ0x01をデータ信号D2としてクロック信号CLK2を用いてシフトアウトし、HVIC10Hにはアドレス0x02の上アーム側のドライバ用のデータ0x01をデータ信号D3としてクロック信号CLK3を用いてシフトアウトする。
このように、駆動ICをHVIC10HとLVIC10Lとに分けた場合でも、実施の形態1の半導体モジュール100と同様に、動作特性を変更できる小型化された半導体モジュールを得ることができる。
また、駆動ICをHVIC10HとLVIC10Lとに分けることで、HVIC10HとLVIC10Lのそれぞれを個別の最適なプロセスで製造することができ、コストを最適化できるという利点がある。
すなわち、HVIC10Hでは、1つのIC内に低電圧領域と高電圧領域の電気的に絶縁された領域を有し、低電圧領域はGNDを基準電位とし、高電圧領域は上アーム側のパワートランジスタQ1のエミッタ電位を基準電位としている。なお、駆動能力可変ドライバVD1および設定値保持部211は高電圧領域に設けられ、PWM信号PMS、データ信号D3およびクロック信号CLK3は低電圧領域に入力され、低電圧領域から高電圧領域へは電圧レベル変換(レベルシフト回路)を介して信号伝達を行う。
このように1つのIC内に低電圧領域と高電圧領域の電気的に絶縁された領域を設けるので、HVIC10Hの製造には特殊なプロセスが必要となり、チップ単価が高くなる。一方、高電圧領域(絶縁領域)を必要としないLVIC10Lは、MCUなどの電源電圧10V程度の弱電装置用途で広く利用される製造プロセスが利用でき、製造コストを抑えることができる。このように特殊なプロセスを必要とするICとそうでないICを分離することで、モジュールの製造コストを最適化できる。
<実施の形態4>
図9は本発明に係る実施の形態4の半導体モジュール400の構成を示すブロック図である。なお、図9においては、図8を用いて説明した半導体モジュール300と同一の構成については同一の符号を付し、重複する説明は省略する。
図9に示すように半導体モジュール400は、実施の形態3の半導体モジュール300と同様に、HVIC10HおよびLVIC10Lを有しており、それぞれが設定値保持部211および212を備えているが、設定値保持部211と設定値保持部212とは直列に接続されており、設定値保持部212から設定値保持部211にデータ信号D3が与えられ、内部コントローラMCU2のデータ取得・転送部14から出力されるクロック信号CLK2は、設定値保持部211および212で共通に使用される。
図10は、設定値保持部211および212の構成の一例を示す図であり、設定値保持部211および212はシフトレジスタで構成することができる。すなわち、図10に示されるように、設定値保持部212は8ビット分のフリップフロップFRをカスケード接続して構成され、設定値保持部211は8ビット分のフリップフロップFRをカスケード接続して構成され、設定値保持部212の最後のフリップフロップFRのQ出力と、設定値保持部211の先頭のフリップフロップFRのD入力とが接続されている。
データ信号D2は、設定値保持部212の先頭のフリップフロップFRのD入力に入力され、クロック信号CLK2は全てのフリップフロップFRのクロック入力に入力される。図10の例では、設定値保持部212の8ビット分のフリップフロップFRのQ出力が下アームの駆動能力可変ドライバVD2への設定値SET2となり、設定値保持部212の8ビット分のフリップフロップFRのQ出力が上アームの駆動能力可変ドライバVD1への設定値SET1となる。設定値保持部212の最後のフリップフロップFRのQ出力がデータ信号D3となる。
半導体モジュール400は、実施の形態3の半導体モジュール300と同様に、HVIC10HおよびLVIC10Lを有しているが、内部コントローラMCU2のデータ取得・転送部14からは、クロック信号CLK2およびデータ信号D2を出力すれば済むので、内部コントローラMCU2からの出力信号を増やすことなく複数の駆動ICへ設定値を転送できる。
また、駆動ICをHVIC10HとLVIC10Lとに分けることで、HVIC10HとLVIC10Lのそれぞれを個別の最適なプロセスで製造することができ、コストを最適化できるという点でも実施の形態3の半導体モジュール300と同様である。
<実施の形態5>
以上説明した本発明に係る実施の形態1~4の半導体モジュール100~400は、リードフレーム上に搭載して半導体パッケージとすることで低コストで製品化することができる。
<半導体モジュール500>
本発明に係る実施の形態5として、図1に示した半導体モジュール100をリードフレーム上に搭載して樹脂封止した半導体パッケージについて説明する。
図11は、半導体モジュール100を3相電力を出力する半導体モジュール500として構成した場合の回路図である。
図11に示すように半導体モジュール500は、主電源端子Pと接地端子Nとの間に並列に接続された3相のインバータ回路IV1、IV2およびIV3を有したインバータモジュールである。
インバータ回路IV1は、主電源端子Pと接地端子NUとの間に直列に接続されたパワートランジスタQ11およびQ21と、パワートランジスタQ11およびQ21のそれぞれに逆並列に接続されたダイオードD11およびD21を有しており、パワートランジスタQ11およびQ21の接続ノードが半導体モジュール500のU相の出力端子UとしてモータMTに接続される。
インバータ回路IV2は、主電源端子Pと接地端子NVとの間に直列に接続されたパワートランジスタQ12およびQ22と、パワートランジスタQ12およびQ22のそれぞれに逆並列に接続されたダイオードD12およびD22を有しており、パワートランジスタQ12およびQ22の接続ノードが半導体モジュール500のV相の出力端子VとしてモータMTに接続される。
インバータ回路IV3は、主電源端子Pと接地端子NWとの間に直列に接続されたパワートランジスタQ13およびQ23と、パワートランジスタQ13およびQ23のそれぞれに逆並列に接続されたダイオードD13およびD23を有しており、パワートランジスタQ13およびQ23の接続ノードが半導体モジュール500のW相の出力端子WとしてモータMTに接続される。
モータコントローラMCU1からは、駆動IC10内の駆動能力可変ドライバVD11、VD12およびVD13に対して、PWM信号SU、SVおよびSWが入力され、それぞれパワートランジスタQ11、Q12およびQ13を駆動する。
モータコントローラMCU1からは、駆動IC10内の駆動能力可変ドライバVD21、VD22およびVD23に対して、PWM信号SNU、SNVおよびSNWが入力され、それぞれパワートランジスタQ21、Q22およびQ23を駆動する。
また、モータコントローラMCU1からは、クロック信号CLK1およびデータ信号D1が出力されて内部コントローラMCU2に入力され、内部コントローラMCU2からはクロック信号CLK2およびデータ信号D2が出力されて駆動IC10内の設定値保持部21に入力される。
設定値保持部21から出力される設定値SET1は、駆動能力可変ドライバVD11~VD13に入力され、設定値SET2は、駆動能力可変ドライバVD21~VD23に入力される。なお、駆動能力可変ドライバVD11、VD2、VD13は、基準電位がそれぞれパワートランジスタQ11、Q12、Q13のエミッタ電位となるように、パワートランジスタQ11、Q12、Q13のエミッタ電極に接続されている。
また、駆動IC10および内部コントローラMCU2には外部から電源電圧VDDが供給される。
このような構成の半導体モジュール500をリードフレーム上に搭載して樹脂封止して半導体パッケージとした構成を図12に示す。図12においては、内部構造が判るように便宜的に樹脂パッケージPGを破線で示している。
図12に示すように、パッケージ化された半導体モジュール500においては、樹脂パッケージPGの対向する2辺に複数の端子が設けられており、その内の一辺LSにはPWM信号SU、SVおよびSWが入力されるフレーム端子TF、PWM信号SNU、SNVおよびSNWが入力されるフレーム端子TF、電源電圧VDDが供給されるフレーム端子TF、クロック信号CLK1が入力されるフレーム端子TFおよびデータ信号D1が入力されるフレーム端子TFが設けられている。
駆動IC10および内部コントローラMCU2は、フレームF10に搭載され、フレームF10の一部は辺LSから突出するフレーム端子TFとなって接地されている。
各フレーム端子FTは、ワイヤWRによって駆動IC10および内部コントローラMCU2に電気的に接続され、駆動IC10と内部コントローラMCU2との間もワイヤWRによって接続され、クロック信号CLK2およびデータ信号D2が駆動IC10に入力される。
辺LSとは反対側の辺RSには、主電源端子P、接地端子NU、NV、NWおよび出力端子U、V、Wが設けられている。
パワートランジスタQ11~Q13およびダイオードD11~D13は、フレームF1に搭載され、フレームF1の一部は辺RSから突出する主電源端子Pとなっている。
パワートランジスタQ21およびダイオードD21は、フレームFUに搭載され、フレームFUの一部は辺RSから突出する出力端子Uとなっている。
パワートランジスタQ22およびダイオードD22は、フレームFVに搭載され、フレームFVの一部は辺RSから突出する出力端子Vとなっている。
パワートランジスタQ23およびダイオードD23は、フレームFWに搭載され、フレームFWの一部は辺RSから突出する出力端子Wとなっている。
パワートランジスタQ11、Q12、Q13の上面のエミッタ電極EDとダイオードD11、D12、D13の上面のアノード電極ADとは、それぞれワイヤWRによって接続され、ダイオードD11、D12、D13の上面のアノード電極ADは、それぞれワイヤWRによって出力端子U、V、Wに接続されている。
また、パワートランジスタQ21、Q22、Q23の上面のエミッタ電極EDとダイオードD21、D22、D23の上面のアノード電極ADとは、それぞれワイヤWRによって接続され、ダイオードD21、D22、D23の上面のアノード電極ADは、それぞれワイヤWRによってフレーム端子FU、FV、FWに接続され、フレーム端子FU、FV、FWの一部が接地端子NU、NV、NWとなっている。
パワートランジスタQ11~Q13の上面のゲートパッドGPは、何れもワイヤWRによって駆動IC10に接続され、パワートランジスタQ11~Q13の上面のエミッタ電極EDは、何れもワイヤWRによって駆動IC10に接続されている。
また、パワートランジスタQ21~Q23の上面のゲートパッドGPは、何れもワイヤWRによって駆動IC10に接続されている。
このように、半導体モジュール500をリードフレーム上に搭載して樹脂封止して半導体パッケージとすることで、ライン製造が可能となり、低コストで製品化することができる。
<半導体モジュール600>
図13は、実施の形態3の半導体モジュール300を3相分の電力を出力する半導体モジュール600として構成し、リードフレーム上に搭載して樹脂封止して半導体パッケージとした構成を示す図である。
図13に示すように、パッケージ化された半導体モジュール600においては、樹脂パッケージPGの対向する2辺のうち辺LSには、PWM信号SU、SVおよびSWが入力されるフレーム端子TF、電源電圧VDD2が供給されるフレーム端子TF、クロック信号CLK1が入力されるフレーム端子TFおよびデータ信号D1が入力されるフレーム端子TF、PWM信号SNU、SNVおよびSNWが入力されるフレーム端子TF、電源電圧VDD1が供給されるフレーム端子TFが設けられている。
HVIC10H、LVIC10Lおよび内部コントローラMCU2は、フレームF10に搭載され、フレームF10の一部は辺LSから突出するフレーム端子TFとなって接地されている。なお、図13においては、接地されるフレーム端子TFが2カ所に設けられているが、1カ所だけとしても良い。
各フレーム端子FTは、ワイヤWRによってHVIC10H、LVIC10Lおよび内部コントローラMCU2に電気的に接続され、HVIC10H、LVIC10Lと駆動IC10と内部コントローラMCU2との間もワイヤWRによって接続され、クロック信号CLK2およびデータ信号D2がLVIC10Lに入力され、クロック信号CLK3およびデータ信号D3がHVIC10Hに入力される。
辺LSとは反対側の辺RSには、主電源端子P、接地端子NU、NV、NWおよび出力端子U、V、Wが設けられているが、これらの配置および構造は、図12に示した半導体モジュール500と同じである。
パワートランジスタQ11~Q13の上面のゲートパッドGPは、何れもワイヤWRによってHVIC10Hに接続され、パワートランジスタQ11~Q13の上面のエミッタ電極EDは、何れもワイヤWRによってHVIC10Hに接続されている。
また、パワートランジスタQ21~Q23の上面のゲートパッドGPは、何れもワイヤWRによってLVIC10Lに接続されている。
このように、半導体モジュール600をリードフレーム上に搭載して樹脂封止して半導体パッケージとすることで、ライン製造が可能となり、低コストで製品化することができる。
<半導体モジュール700>
図14は、実施の形態4の半導体モジュール400を3相分の電力を出力する半導体モジュール700として構成し、リードフレーム上に搭載して樹脂封止して半導体パッケージとした構成を示す図である。
図14に示すように、パッケージ化された半導体モジュール700においては、樹脂パッケージPGの対向する2辺のうち辺LSには、PWM信号SU、SVおよびSWが入力されるフレーム端子TF、電源電圧VDD2が供給されるフレーム端子TF、PWM信号SNU、SNVおよびSNWが入力されるフレーム端子TF、電源電圧VDD1が供給されるフレーム端子TF、クロック信号CLK1が入力されるフレーム端子TFおよびデータ信号D1が入力されるフレーム端子TFが設けられている。
HVIC10H、LVIC10Lおよび内部コントローラMCU2は、フレームF10に搭載され、フレームF10の一部は辺LSから突出するフレーム端子TFとなって接地されている。なお、図14においては、接地されるフレーム端子TFが2カ所に設けられているが、1カ所だけとしても良い。
各フレーム端子FTは、ワイヤWRによってHVIC10H、LVIC10Lおよび内部コントローラMCU2に電気的に接続され、HVIC10HとLVIC10Lとの間、およびLVIC10Lと内部コントローラMCU2との間もワイヤWRによって接続され、クロック信号CLK2およびデータ信号D2がLVIC10Lに入力され、クロック信号CLK2はHVIC10Hにも共通に入力され、HVIC10HにはLVIC10Lからデータ信号D3が入力される。
辺LSとは反対側の辺RSには、主電源端子P、接地端子NU、NV、NWおよび出力端子U、V、Wが設けられているが、これらの配置および構造は、図12に示した半導体モジュール500と同じである。
パワートランジスタQ11~Q13の上面のゲートパッドGPは、何れもワイヤWRによってHVIC10Hに接続され、パワートランジスタQ11~Q13の上面のエミッタ電極EDは、何れもワイヤWRによってHVIC10Hに接続されている。
また、パワートランジスタQ21~Q23の上面のゲートパッドGPは、何れもワイヤWRによってLVIC10Lに接続されている。
このように、半導体モジュール700をリードフレーム上に搭載して樹脂封止して半導体パッケージとすることで、ライン製造が可能となり、低コストで製品化することができる。
なお、本発明は、その発明の範囲内において、各実施の形態を自由に組み合わせたり、各実施の形態を適宜、変形、省略することが可能である。
10 駆動IC、12 書き込み制御部、13 トリガモニタ、14 データ取得・転送部、CLK1,CLK2 クロック信号、CNT 制御信号、MCU1 モータコントローラ、MCU2 内部コントローラ、MM メモリ、Q1 第1のパワートランジスタ、Q2 第2のパワートランジスタ、TD 可変遅延バッファ、VD1,VD2 駆動能力可変ドライバ。

Claims (6)

  1. 動作特性を変更できる半導体モジュールであって、
    前記半導体モジュールは、
    第1の電位と前記第1の電位よりも低い第2の電位との間に直列に接続され、相補的に動作する第1および第2のトランジスタと、
    前記第1および第2のトランジスタを制御する制御回路と、
    外部に設けられたコントローラから動作特性の設定値を含むデータ信号を受信してメモリに格納した後、前記動作特性の設定値を前記制御回路に転送する内部コントローラと、を備え、
    前記データ信号は、
    前記動作特性の設定値、前記動作特性の設定値の前記制御回路への転送開始のタイミングを規定する特定のトリガ値の順に前記内部コントローラに送信され、
    前記内部コントローラは、
    前記メモリに前記特定のトリガ値が書き込まれたタイミングで、前記メモリに格納された前記動作特性の設定値を前記制御回路に転送し、
    前記制御回路は、
    前記第1および第2のトランジスタをそれぞれ駆動すると共に、前記半導体モジュールの動作特性を規定する第1および第2のドライバを有し、
    前記内部コントローラから転送された前記動作特性の設定値に基づいて前記第1および第2のドライバの設定を変更することで前記半導体モジュールの動作特性を変更する、半導体モジュール。
  2. 前記内部コントローラは、
    前記メモリ内に格納されたトリガ値をモニタし、前記コントローラから送信された前記特定のトリガ値に書き換えられたタイミングで特定の制御信号を出力するトリガモニタと、
    前記トリガモニタから前記特定の制御信号が入力された場合には、前記メモリへの前記データ信号の書き込みを禁止する書き込み制御部と、
    前記メモリへの前記データ信号の書き込みが禁止されている期間に、前記メモリに格納された前記動作特性の設定値を読み出して前記制御回路に転送する転送部と、を有し、
    前記トリガモニタは、
    前記動作特性の設定値の前記制御回路への転送が終了すると、前記メモリ内の前記特定のトリガ値を変更することで、前記書き込み制御部への前記特定の制御信号の入力を停止して前記メモリへの前記データ信号の書き込み禁止を解除する、請求項1記載の半導体モジュール。
  3. 前記コントローラと前記内部コントローラとの通信は、特定の通信規格による通信を行い、
    前記内部コントローラと前記制御回路との通信は、非通信規格による通信を行い、
    前記内部コントローラと前記制御回路との通信に使用される第2のクロック信号の周波数は、前記コントローラと前記内部コントローラとの通信に使用される第1のクロック信号の周波数よりも高く設定される、請求項1記載の半導体モジュール。
  4. 前記第1および第2のドライバの少なくとも一方は、
    前記半導体モジュールの複数の動作特性を変更可能とするように、可変遅延バッファおよびドライバを含み、
    前記可変遅延バッファおよび前記ドライバのそれぞれの設定を変更することで前記半導体モジュールの前記複数の動作特性を変更する、請求項1記載の半導体モジュール。
  5. 前記制御回路は、
    前記第1のトランジスタを制御する第1の制御回路と、
    前記第2のトランジスタを制御する第2の制御回路と、を含み、
    前記第1の制御回路は、前記第1のドライバを有し、
    前記第2の制御回路は、前記第2のドライバを有し、
    前記第1および第2の制御回路は、個別の集積回路として構成される、請求項1記載の半導体モジュール。
  6. 請求項1から請求項5の何れか1項に記載の半導体モジュールと、
    前記半導体モジュールを搭載するリードフレームと、
    前記半導体モジュールおよび前記リードフレームを封止する樹脂と、を備える、半導体パッケージ。
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