特許 5746079 三次元電流経路制御を採用したボンドワイヤレス電源モジュール

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】特許公報(B2)

(11)【特許番号】5746079

(24)【登録日】2015年5月15日

(45)【発行日】2015年7月8日

(54)【発明の名称】三次元電流経路制御を採用したボンドワイヤレス電源モジュール

(51)【国際特許分類】

   H02M 7/48 20070101AFI20150618BHJP

   H01L 25/07 20060101ALI20150618BHJP

   H01L 25/18 20060101ALI20150618BHJP

   H01L 21/60 20060101ALI20150618BHJP

【ＦＩ】

   H02M7/48 Z

   H01L25/04 C

   H01L21/60 321E

【請求項の数】16

【外国語出願】

【全頁数】13

(21)【出願番号】特願2012-71967(P2012-71967)

(22)【出願日】2012年3月27日

(65)【公開番号】特開2012-228166(P2012-228166A)

(43)【公開日】2012年11月15日

【審査請求日】2012年6月15日

(31)【優先権主張番号】13/088,573

(32)【優先日】2011年4月18日

(33)【優先権主張国】US

【前置審査】

(73)【特許権者】

【識別番号】597161115

【氏名又は名称】インターナショナル レクティフィアー コーポレイション

(74)【代理人】

【識別番号】100147485

【弁理士】

【氏名又は名称】杉村 憲司

(72)【発明者】

【氏名】へニング エム ハウエンシュタイン

(72)【発明者】

【氏名】アンドレア ゴルゲリーノ

【審査官】 尾家 英樹

(56)【参考文献】

【文献】 特開２００４−３１９５６２（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特表２００４−５２６３９５（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２００７−０４９８１０（ＪＰ，Ａ）

(58)【調査した分野】（Int.Cl.，ＤＢ名）

Ｈ０２Ｍ ７／４２− ７／９８

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

高電位側素子のエミッタおよびアノードノードを低電位側素子のコレクタおよびカソードノードに結合させる共通出力パッドと、
前記高電位側素子のコレクタを前記高電位側素子のカソードに接続する高電位側導電性クリップであって、電流が当該高電位側導電性クリップおよび高電位側電源パッドを介して別の電源モジュールの別の高電位側導電性クリップに流れるようにする高電位側導電性クリップと、
前記低電位側素子のエミッタを前記低電位側素子のアノードに接続する低電位側導電性クリップであって、電流が当該低電位側導電性クリップおよび低電位側電源パッドを介して前記別の電源モジュールの別の低電位側導電性クリップに流れるようにする低電位側導電性クリップとを備え、
前記共通出力パッドが、基板表面上で前記高電位側電源パッドに横方向に隣接して設けられるボンドワイヤレス電源モジュール。

【請求項2】

前記ボンドワイヤレス電源モジュールがモータ駆動用インバータモジュールである、請求項１に記載のボンドワイヤレス電源モジュール。

【請求項3】

前記高電位側素子が、ダイオードと並列にＩＧＢＴを備える、請求項１に記載のボンドワイヤレス電源モジュール。

【請求項4】

前記低電位側素子が、ダイオードと並列にＩＧＢＴを備える、請求項１に記載のボンドワイヤレス電源モジュール。

【請求項5】

前記共通出力パッドが前記高電位側導電性クリップおよび前記低電位側導電性クリップの下に設けられる、請求項１に記載のボンドワイヤレス電源モジュール。

【請求項6】

前記高電位側導電性クリップが高電位側電源バスの一部である、請求項１に記載のボンドワイヤレス電源モジュール。

【請求項7】

前記高電位側導電性クリップが、前記共通出力パッドの上方に設けられる、請求項１に記載のボンドワイヤレス電源モジュール。

【請求項8】

前記基板が銅直接接合（ＤＢＣ）基板である、請求項１に記載のボンドワイヤレス電源モジュール。

【請求項9】

前記低電位側導電性クリップが、前記共通出力パッドの上方に設けられる、請求項１に記載のボンドワイヤレス電源モジュール。

【請求項10】

前記高電位側素子および前記低電位側素子が高電位側電源バスと低電位側電源バスとの間にハーフブリッジ接続される、請求項１に記載のボンドワイヤレス電源モジュール。

【請求項11】

前記低電位側電源パッドが、前記基板上に設けられる、請求項１に記載のボンドワイヤレス電源モジュール。

【請求項12】

それぞれが、高電位側素子のエミッタおよびアノードノードを低電位側素子のコレクタおよびカソードノードと結合させる共通出力パッドと、前記高電位側素子のコレクタを前記高電位側素子のカソードに接続させる高電位側導電性クリップと、前記低電位側素子のエミッタを前記低電位側素子のアノードに接続させる低電位側導電性クリップとを含むＵ相、Ｖ相、およびＷ相を備え、
前記Ｕ相の前記高電位側導電性クリップにより、電流が前記Ｕ相の前記高電位側導電性クリップおよび高電位側電源パッドを介して前記Ｖ相の前記高電位側導電性クリップに流れ、
前記Ｕ相の前記低電位側導電性クリップにより、電流が前記Ｕ相の前記低電位側導電性クリップおよび低電位側電源パッドを介して前記Ｖ相の前記低電位側導電性クリップに流れ、
前記Ｕ相の前記共通出力パッドが、基板表面上で前記高電位側電源パッドに横方向に隣接して設けられるボンドワイヤレスの三相モータ駆動用インバータモジュール。

【請求項13】

前記Ｖ相の前記高電位側導電性クリップにより、電流が前記Ｖ相の前記高電位側導電性クリップおよび他の高電位側電源パッドを介して前記Ｗ相の前記高電位側導電性クリップに流れる、請求項１２に記載のボンドワイヤレスの三相モータ駆動用インバータモジュール。

【請求項14】

前記Ｖ相の前記低電位側導電性クリップにより、電流が前記Ｖ相の前記低電位側導電性クリップおよび他の低電位側電源パッドを介して前記Ｗ相の前記低電位側導電性クリップに流れる、請求項１２に記載のボンドワイヤレスの三相モータ駆動用インバータモジュール。

【請求項15】

前記高電位側素子が、ダイオードに並列なＩＧＢＴを含む、請求項１２に記載のボンドワイヤレスの三相モータ駆動用インバータモジュール。

【請求項16】

前記低電位側素子が、ダイオードに並列なＩＧＢＴを含む、請求項１２に記載のボンドワイヤレスの三相モータ駆動用インバータモジュール。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、概して半導体の分野に属する。より具体的には、本発明は半導体ダイのパッケージに関する。

【背景技術】

【0002】

モータ駆動用インバータなどの電源モジュール、例えば三相インバータは、少なくとも１つの電源スイッチを含み、例えば絶縁ゲートバイポーラトランジスタ（ＩＧＢＴ）またはパワーＭＯＳＦＥＴ（Metal Oxide Semiconductor Field Effect Transistor）を電源スイッチとして用いることができる。例えば、電源モジュール内にＩＧＢＴダイを設け、環流ダイオードとして、ダイオードダイをＩＧＢＴダイに並列に接続することができる。たとえダイが高性能であっても、モータ駆動用インバータの性能はダイの接続方法により制限されうる。モータ駆動用インバータを接続する際には、例えば誘導性、電磁干渉（ＥＭＩ）、および寄生成分が大きな問題となる。

【0003】

モータ駆動用インバータ電源モジュールの形成は、一般的に電源モジュールの基板上の導電線にダイをワイヤボンディングしてダイ間を接続することにより行う。モータ駆動用インバータが多数のダイを含む場合、モータ駆動用インバータの設計およびレイアウトは複雑になりがちである。例えば、三相モータ駆動用インバータは３つのＩＧＢＴダイを高電位側電源スイッチとして含み、さらに３つのＩＧＢＴダイを低電位側電源スイッチとして含み、またさらに各ＩＧＢＴダイの環流ダイオードとして各々のＩＧＢＴダイに対応するダイオードダイを含みうる。このため、電源モジュール基板上における導電線の配線経路が長くなりがちであり、高誘導性の非対称な電流経路となる可能性があるため望ましくない。また、ダイ間を接続するために長い制御経路が必要であるため、導電線の幅を十分に広くすることが困難になる可能性がある。このようにして、モータ駆動用インバータの性能が損なわれかねない。さらに、モータ駆動用インバータの設置面積が広くなり、電力密度が低くなる可能性がある。

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0004】

したがって、従来技術に対し、その欠点および欠陥を克服し、改良型モータ駆動用インバータのような改良型電源モジュールを形成することが求められている。

【課題を解決するための手段】

【0005】

本発明は、三次元の電流経路制御を採用し、ボンドワイヤを用いない電源モジュール（以下、ボンドワイヤレス電源モジュールと呼ぶ）を開示する。本発明の電源モジュールは、実質的に添付した図面のうち少なくとも一図に示され、または図に関連して説明され、かつ特許請求の範囲においてより完全に規定されるものである。

【図面の簡単な説明】

【0006】

【図1】本発明の一実施形態による三相モータ駆動用インバータ回路の例示的な回路図を示す。

【図2】本発明の一実施形態による三相モータ駆動用電源モジュールに用いられる、基板上方の例示的な高電位側素子の断面図を示す。

【図3A】本発明の一実施形態によるボンドワイヤレスの三相モータ駆動用電源モジュールの上面図を示す。

【図3B】本発明の一実施形態によるボンドワイヤレスの三相モータ駆動用電源モジュールの上面図を示す。

【発明を実施するための形態】

【0007】

本発明は三次元の電流経路制御を採用したボンドワイヤレス電源モジュールを得ることを目的とする。以下の説明は、この発明の実施に関する特定の情報を含む。当業者は、本出願において特定して説明された態様とは異なる態様で本発明を実施してもよいことを認識するであろう。また、本発明を不明瞭にしないよう、本発明の特定の詳細については、説明を一部省略する。本出願において記載されない特定の詳細は、当業者の知識の範囲内のものである。

【0008】

本出願の図面およびこれに付随する詳細な説明は、単に本発明の例示的な実施形態を示すためのものである。簡潔に保つため、本発明の原理を用いる本発明の他の実施形態は、本出願においては特に記載せず、図面にも特に示さない。

【0009】

図１は、本発明の一実施形態による三相モータ駆動用インバータ１００（本出願においては、単に「モータ駆動用インバータ」とも呼ぶ）の例示的な回路図を示す。モータ駆動用インバータ１００は、高電位側素子１０２ａ、１０２ｂ、および１０２ｃ、ならびに低電位側素子１０２ｄ、１０２ｅ、および１０２ｆを含み、これらは本明細書において素子１０２ａ〜１０２ｆのように単に素子とも呼ぶ。

【0010】

この実施形態において、素子１０２ａ〜１０２ｆはそれぞれ環流ダイオードを含み、この環流ダイオードは対応する絶縁ゲートバイポーラトランジスタ（ＩＧＢＴ）に並列に接続される。例えば、高電位側素子１０２ａはＩＧＢＴ１０４ａおよびダイオード１０６ａを含み、高電位側素子１０２ｂはＩＧＢＴ１０４ｂおよびダイオード１０６ｂを含み、高電位側素子１０２ｃはＩＧＢＴ１０４ｃおよびダイオード１０６ｃを含み、低電位側素子１０２ｄはＩＧＢＴ１０４ｄおよびダイオード１０６ｄを含み、低電位側素子１０２ｅはＩＧＢＴ１０４ｅおよびダイオード１０６ｅを含み、低電位側素子１０２ｆはＩＧＢＴ１０４ｆおよびダイオード１０６ｆを含む。素子１０２ａ〜１０２ｆはそれぞれＩＧＢＴを電源スイッチとして備えるが、実施形態によっては各素子１０２ａ〜１０２ｆはパワーＭＯＳＦＥＴ（Metal Oxide Semiconductor Field Effect Transistor）等の他の素子を含みうる。例えば、ある実施形態においては、ＩＧＢＴ１０４ａをＭＯＳＦＥＴに置き換え、ダイオード１０６ｂをこのＭＯＳＦＥＴの内蔵ダイオードとすることができる。また、ある実施形態においては、素子１０２ａ〜１０２ｆがダイオード１０６ａ〜１０６ｆを含まなくともよく、あるいはダイオード１０６ａ〜１０６ｆ以外の電気素子を含んでもよい。

【0011】

モータ駆動用インバータ１００は高電位側電源バス１０８および低電位側電源バス１１０を有する。高電位側電源バス１０８は高電位側電源電圧を高電位側電源バス１０８にわたって供給するための電源端子Ｖ_Ｈ１およびＶ_Ｈ４を備える。低電位側電源バス１１０は低電位側電源電圧を低電位側電源バス１１０に供給するための電源端子Ｖ_Ｌ１およびＶ_Ｌ４を備える。

【0012】

この実施形態において、モータ駆動用インバータ１００はモータの制御に使用可能な三相モータ駆動用インバータである。図１において、モータ駆動用インバータ１００のＵ相は素子１０２ａおよび１０２ｄを含み、これらは出力端子Ｕ_ｏｕｔが素子１０２ａと１０２ｄの間に接続された状態で高電位側電源バス１０８と低電位側電源バス１１０の間にハーフブリッジ接続される。同様に、モータ駆動用インバータ１００のＶ相は素子１０２ｂおよび１０２ｅを含み、これらは出力端子Ｖ_ｏｕｔが素子１０２ｂと１０２ｅの間に接続された状態で高電位側電源バス１０８と低電位側電源バス１１０の間にハーフブリッジ接続される。また、モータ駆動用インバータ１００のＷ相は素子１０２ｃおよび１０２ｆを含み、これらは出力端子Ｗ_ｏｕｔが素子１０２ｃと１０２ｆの間に接続された状態で高電位側電源バス１０８と低電位側電源バス１１０の間にハーフブリッジ接続される。

【0013】

モータ駆動用インバータ１００はさらに高電位側ゲート端子Ｇ_Ｈ１、Ｇ_Ｈ２、およびＧ_Ｈ３、ならびに低電位側ゲート端子Ｇ_Ｌ１、Ｇ_Ｌ２、およびＧ_Ｌ３（本明細書においてはゲート端子Ｇ_Ｈ１、Ｇ_Ｈ２、Ｇ_Ｈ３、Ｇ_Ｌ１、Ｇ_Ｌ２、およびＧ_Ｌ３とも呼ぶ）を含み、各ゲート端子は、図１に示すようにそれぞれＩＧＢＴ１０２ａ〜１０２ｆの対応するゲートに接続する。当該技術分野において周知であるように、ゲート端子Ｇ_Ｈ１、Ｇ_Ｈ２、Ｇ_Ｈ３、Ｇ_Ｌ１、Ｇ_Ｌ２、およびＧ_Ｌ３を用いてＩＧＢＴ１０２ａ〜１０２ｆを選択的にオン（ｅｎａｂｌｅ）／オフ（ｄｉｓａｂｌｅ）することができる。

【0014】

図１はコレクタ／カソードノード１１４ａ、１１４ｂ、１１４ｃ、１１４ｄ、１１４ｅ、および１１４ｆならびにエミッタ／アノードノード１１２ａ、１１２ｂ、１１２ｃ、１１２ｄ、１１２ｅ、および１１２ｆを示す。コレクタ／カソードノード１１４ａ、１１４ｂ、および１１４ｃはそれぞれ高電位側電源バス１０８に接続され、エミッタ／アノードノード１１２ｄ、１１２ｅ、および１１２ｆはそれぞれ低電位側電源バス１１０に接続される。また、図１に示すように、エミッタ／アノードノード１１２ａはコレクタ／カソードノード１１４ｄに接続され、エミッタ／アノードノード１１２ｂはコレクタ／カソードノード１１４ｅに接続され、エミッタ／アノードノード１１２ｃはコレクタ／カソードノード１１４ｆに接続される。

【0015】

この実施形態では３相のモータ駆動用インバータであるが、他の実施形態においてはこれより多い、または少ない相のものであってもよい。さらにまた、実施形態によっては、三相インバータ１００はモータ駆動用インバータ以外の回路であってもよい。

【0016】

モータ駆動用インバータ１００は従来、基板上方のダイ間を電気的に接続することにより実装することができた。例えば、合計１２個の個別のダイがＩＧＢＴ１０２ａ〜１０２ｆおよびダイオード１０６ａ〜１０６ｆをそれぞれ含むことができた。たとえダイが高性能であっても、モータ駆動用インバータ１００の性能はダイの接続方法により制限されうる。従来のアプローチでは、モータ駆動用インバータ１００は、基板上に形成された導電線にダイをワイヤボンディングしてダイ間を接続することにより形成される。このため、従来のアプローチでは基板上で基本的に二次元の電流経路制御が採用される。しかしながら、従来のアプローチを用いると、図１に示すように、モータ駆動用インバータ１００は多数のダイを含み、さらに、ダイへの、またはダイ間の接続部が多いため、モータ駆動用インバータ１００の設計およびレイアウトは複雑になる。このため、基板上における導電線の配線経路が長くなってしまい、誘導性が高いのみならず非対称な電流経路となりうるため望ましくない。また、基板上に多数の導電線の経路制御があることにより、導電線を十分に太くすることが困難になる可能性がある。したがって、従来のアプローチを採用すると、モータ駆動用インバータ１００の設置面積が広くなり、電力密度が低くなるうえに、性能が悪くなる可能性がある。

【0017】

次に図２を参照すると、図２は本発明の一実施形態による、基板２１６上方の例示的な高電位側素子２０２ａの断面図を示す。図２において、高電位側素子２０２ａは図１の高電位側素子１０２ａに対応する。高電位側素子２０２ａは、図１のＩＧＢＴ１０４ａおよびダイオード１０６ａにそれぞれ対応するＩＧＢＴダイ２０４ａおよびダイオードダイ２０６ａを有する。高電位側素子２０２ａはさらに高電位側導電性クリップ２１８ａ（本明細書において、導電性クリップ２１８ａとも呼ぶ）を含む。

【0018】

図２は、基板２１６上方の高電位側素子２０２ａと、基板２１６上に位置する高電位側電源パッドＶ_Ｈ１およびＶ_Ｈ２、高電位側ゲートパッドＧ_Ｈ１、ならびに共通出力パッドＵ_ｏｕｔとを示す。高電位側電源パッドＶ_Ｈ１およびＶ_Ｈ２、高電位側ゲートパッドＧ_Ｈ１、ならびに共通出力パッドＵ_ｏｕｔはそれぞれ銅などの導電性材料からなる。この実施形態において、高電位側電源パッドＶ_Ｈ１およびＶ_Ｈ２、高電位側ゲートパッドＧ_Ｈ１、ならびに共通出力パッドＵ_ｏｕｔは銅直接接合（ＤＢＣ：Direct Bonded Copper）基板の導電性のパッドからなる。基板２１６は、例えばセラミック、または他の基板材料からなる。また、実施形態によっては、絶縁性材料２３２および導電性材料２３４を導電性クリップ２１８ａ上方に備えることもできる。例えば、絶縁性材料２３２はセラミックからなり、導電性材料２３４は絶縁性材料２３２に接合された銅からなってもよい。これにより、ＩＧＢＴダイ２０４ａおよびダイオードダイ２０６ａを上下両面から冷却することができる。なお、実施形態によっては絶縁性材料２３２および導電性材料２３４を含まない場合もある。

【0019】

図２において、ＩＧＢＴダイ２０４ａはダイオードダイ２０６ａに並列に接続されている。導電性クリップ２１８ａは、高電位側素子２０２ａのコレクタ２２０ａを高電位側素子２０２ａのカソード２２４ａに接続する。この実施形態において、導電性クリップ２１８ａはＩＧＢＴダイ２０４ａの上面を介してコレクタ２２０ａに電気的に接続され、ダイオードダイ２０６ａの上面を介してカソード２２４ａに電気的に接続される。導電性クリップ２１８ａは銅などの金属または他の導電性材料で形成することができ、図１の高電位側電源バス１０８に対応する高電位側電源バスの一部である。共通出力パッドＵ_ｏｕｔは高電位側素子２０２ａのエミッタ２２２ａと高電位側素子２０２ａのアノード２２６ａとを電気的に接続する。共通出力パッドＵ_ｏｕｔは、ＩＧＢＴダイ２０４ａの下面を介してエミッタ２０２ａに電気的に接続され、ダイオードダイ２０６ａの下面を介してアノード２２６ａに電気的に接続される。こうして、共通出力パッドＵ_ｏｕｔは図１のエミッタ／アノードノード１１２ａに対応する高電位側素子２０２ａのエミッタ／アノードノードを接続する。図２には示さないが、共通出力パッドＵ_ｏｕｔは、高電位側素子２０２ａのエミッタ／アノードノードを、図１における低電位側素子１０２ｄのコレクタ／カソードノード１１４ｄに対応する低電位側素子のコレクタ／カソードノードに結合する。

【0020】

また図２に示すように、高電位側ゲートパッドＧ_Ｈ１は図１の高電位側ゲート端子Ｇ_Ｈ１に対応しうる。高電位側ゲートパッドＧ_Ｈ１は高電位側素子２０２ａのゲート２２８ａに電気的に接続する。より詳しくは、高電位側ゲートパッドＧ_Ｈ１はＩＧＢＴダイ２０４ａの下面を介してゲート２２８ａに電気的に接続される。

【0021】

図２において、導電性クリップ２１８ａは高電位側電源パッドＶ_Ｈ１とＶ_Ｈ２とを接続している。より詳しくは、導電性クリップ２１８ａは脚部２３０ａを介して高電位側電源パッドＶ_Ｈ１に電気的に接続し、導電性クリップ２１８ａは脚部２３０ｂを介して高電位側電源パッドＶ_Ｈ２に電気的に接続する。このため、導電性クリップ２１８ａおよび高電位側電源パッドＶ_Ｈ１およびＶ_Ｈ２は、電流が導電性クリップ２１８ａに流れるような電流経路２３６をもつ。この実施形態においては、共通出力パッドＵ_ｏｕｔ、ＩＧＢＴダイ２０４ａ、ダイオードダイ２０６ａ、および高電位側ゲート電極Ｇ_Ｈ１の上方で電流を導電性クリップ２１８ａに流すことができる。こうして、電流経路２３６は、基板２１６の上方で三次元的に経路制御される。またこの実施形態において、導電性クリップ２１８ａにより、電流が導電性クリップ２１８ａを経由して、図２に示されない、高電位側電源パッドＶ_Ｈ２に電気的に接続する別の電源モジュールの別の高電位側導電性クリップに流れる。電流経路２３６を設けることにより、基板２１６の上方で多数のダイが接続されていても、モータ駆動用インバータ１００のような回路の設計およびレイアウトを大幅に簡素化することができる。

【0022】

この実施形態において、高電位側素子２０２ａは、図１のＩＧＢＴ１０４ａおよびダイオード１０６ａをそれぞれ別個のダイ（すなわちＩＧＢＴダイ２０４ａおよびダイオードダイ２０６ａ）として実装する。しかしながら実施形態によっては、ダイオード１０６ａはＩＧＢＴ１０４ａと単一のダイ上にモノリシック集積される。一実施形態において、ダイオードダイ１０６ａは単一ダイの後方に形成される。この単一ダイは図２のＩＧＢＴダイ２０４ａおよびダイオードダイ２０６ａと同様に接続される。さらに上述したように、実施形態によってはＩＧＢＴ１０４ａをＭＯＳＦＥＴに置き換える。この場合、高電位側素子２０２ａはダイオード１０６ａに並列のＭＯＳＦＥＴを備えることができる。このように、実施形態によってはＩＧＢＴダイ２０４ａをＩＧＢＴダイ２０４ａと同様に接続されるＭＯＳＦＥＴダイに置き換えることができる。一実施形態において、ダイオード１０６ａはＭＯＳＦＥＴの内蔵ダイオードであってもよい。別の実施形態において、ダイオード１０６ａは内蔵ダイオードではなく、ＭＯＳＦＥＴと単一ダイ上にモノリシック集積される。この単一ダイは図２のＩＧＢＴダイ２０４ａおよびダイオードダイ２０６ａと同様に接続することができる。

【0023】

図２は、図１の高電位側素子１０２ａに対応する高電位側素子２０２ａを図示したものであるが、高電位側素子１０２ｂおよび１０２ｃも高電位側素子１０２ａと同様であるため、簡略化のため図２では図示および説明を省略する。同様に、低電位側素子１０２ｄ、１０２ｅ、および１０２ｆも簡略化のため図示および説明を省略する。

【0024】

次に図３Ａおよび３Ｂを参照すると、図３Ａおよび３Ｂは、本発明の一実施形態によるボンドワイヤレスの三相モータ駆動用インバータモジュール３００（本明細書において「モータ駆動用インバータモジュール」または「三相モータ駆動用電源モジュール」等とも呼ぶ）の上面図を示す。図３Ａおよび３Ｂは、図２の基板２１６に対応する基板３１６を示す。図３Ａにおいて、基板３１６上方の高電位側素子３０２ａ、３０２ｂ、および３０２ｃならびに低電位側素子３０２ｄ、３０２ｅ、および３０２ｆは、それぞれ図１の高電位側素子１０２ａ、１０２ｂ、および１０２ｃならびに低電位側素子１０２ｄ、１０２ｅ、および１０２ｆに対応する。このため、図３Ｂにおいて、ＩＧＢＴダイ３０４ａ、３０４ｂ、３０４ｃ、３０４ｄ、３０４ｅ、および３０４ｆは、それぞれ図１のＩＧＢＴ１０４ａ、１０４ｂ、１０４ｃ、１０４ｄ、１０４ｅ、および１０４ｆに対応し、ダイオードダイ３０６ａ、３０６ｂ、３０６ｃ、３０６ｄ、３０６ｅ、および３０６ｆは、それぞれ図１のダイオード１０６ａ、１０６ｂ、１０６ｃ、１０６ｄ、１０６ｅ、および１０６ｆに対応する。したがって、各ＩＧＢＴダイ３０４ａ、３０４ｂ、３０４ｃ、３０４ｄ、３０４ｅ、および３０４ｆは、それぞれダイオードダイ３０６ａ、３０６ｂ、３０６ｃ、３０６ｄ、３０６ｅ、および３０６ｆのうちの一つに並列に接続される。

【0025】

図３Ａおよび３Ｂにおいて、三相モータ駆動用インバータモジュール３００はＵ相、Ｖ相、およびＷ相を含む。Ｕ相は、高電位側および低電位側素子３０２ａおよび３０２ｄならびに導電性クリップ３１８ａおよび３１８ｄを備えた電源モジュールを含む。Ｖ相は、高電位側および低電位側素子３０２ｂおよび３０２ｅならびに導電性クリップ３１８ｂおよび３１８ｅを備えた電源モジュールを含む。Ｗ相は、高電位側および低電位側素子３０２ｃおよび３０２ｆならびに導電性クリップ３１８ｃおよび３１８ｆを備えた電源モジュールを含む。この実施形態では三相モータ駆動用インバータモジュールであるが、別の実施形態ではこれより多い、または少ない相のものであってもよい。さらにまた、実施形態によっては、電源モジュール３００をモータ駆動用インバータ以外の回路で構成することもできる。

【0026】

図３Ａおよび３Ｂにおいて、高電位側素子３０２ａは図２の高電位側素子２０２ａに対応する。より詳しくは、図３Ａおよび３Ｂの断面２―２は、図２に示す断面図に対応する。そのため、高電位側導電性クリップ３１８ａは図２の高電位側導電性クリップ２１８ａに対応する。さらに、高電位側電源パッドＶ_Ｈ１およびＶ_Ｈ２、高電位側ゲートパッドＧ_Ｈ１、ならびに共通出力パッドＵ_ｏｕｔは、それぞれ図２の高電位側電源パッドＶ_Ｈ１およびＶ_Ｈ２、高電位側ゲートパッドＧ_Ｈ１、ならびに共通出力パッドＵ_ｏｕｔに対応する。また、電流経路３３６は図２の電流経路２３６に対応する。なお、図３Ａおよび３Ｂにおいては、図２に示した任意に設けることができる絶縁性材料２３２および導電性材料２３４に対応する構成要素を図示しない。

【0027】

図３Ｂは三相モータ駆動用インバータモジュール３００の透過平面図を示し、基板３１６上の高電位側ゲートパッドＧ_Ｈ１、Ｇ_Ｈ２、およびＧ_Ｈ３、低電位側ゲートパッドＧ_Ｌ１、Ｇ_Ｌ２、およびＧ_Ｌ３、高電位側電源パッドＶ_Ｈ１、Ｖ_Ｈ２、Ｖ_Ｈ３、およびＶ_Ｈ４、低電位側電源パッドＶ_Ｌ１、Ｖ_Ｌ２、Ｖ_Ｌ３、およびＶ_Ｌ４、ならびに共通出力パッドＵ_ｏｕｔ、Ｖ_ｏｕｔ、およびＷ_ｏｕｔのレイアウトを示す。例えば、高電位側電源パッドＶ_Ｈ１およびＶ_Ｈ２は、図３Ｂの導電性クリップ３１８ａと重なる領域において、それぞれ導電性クリップ３１８ａの下に位置し、これに電気的に接続される。図２において、これらの電気接続は、それぞれ脚部２３０ａおよび２３０ｂにより容易となっている。

【0028】

図３Ｂはまた、図２の導電性クリップ３１８ａの下に位置し、図２のＩＧＢＴダイ２０４ａおよびダイオードダイ２０６ａに対応するＩＧＢＴダイ３０４ａおよびダイオードダイ３０６ａを示す。高電位側ゲートパッドＧ_Ｈ１は、図３ＢのＩＧＢＴダイ３０２ａと重なる領域において、ＩＧＢＴダイ３０２ａの下に位置し、これに電気的に接続される。図２において、この電気接続はＩＧＢＴダイ２０４ａの下面を介したゲート２２８ａに対するものとして示される。同様に、共通出力パッドＵ_ｏｕｔは図３ＢのＩＧＢＴダイ３０２ａおよびダイオードダイ２０６ａと重なる領域において、ＩＧＢＴダイ３０４ａおよびダイオードダイ３０６ａの下に位置し、これらに電気的に接続される。図２において、これらの電気接続はＩＧＢＴダイ２０４ａおよびダイオードダイ２０６ａの下面を介したそれぞれエミッタ２２２ａおよびアノード２２６ａへのものとして示される。

【0029】

この実施形態において、高電位側素子３０２ｂは高電位側素子３０２ａと同様である。例えば、高電位側素子３０２ｂは高電位側ゲートパッドＧ_Ｈ２、高電位側電源パッドＶ_Ｈ２およびＶ_Ｈ３、ならびに共通出力パッドＶ_ｏｕｔに接続されるが、これは図２、３Ａ、および３Ｂにおける高電位側ゲートパッドＧ_Ｈ１、高電位側電源パッドＶ_Ｈ１およびＶ_Ｈ２、ならびに共通出力パッドＵ_ｏｕｔにそれぞれ接続される高電位側素子３０２ａについて図示および説明されるのと同様である。そのため、例えば導電性クリップ３１８ａは高電位側電源パッドＶ_Ｈ２を介して導電性クリップ３１８ｂに電気的に接続される。さらに、導電性クリップ３１８ｂにより、共通出力パッドＶ_ｏｕｔの上方で電流を導電性クリップ３１８ｂに流すことができる。

【0030】

また、高電位側素子３０２ｃは高電位側素子３０２ａおよび３０２ｂと同様である。例えば、高電位側素子３０２ｃは高電位側ゲートパッドＧ_Ｈ３、高電位側電源パッドＶ_Ｈ３およびＶ_Ｈ４、ならびに共通出力パッドＷ_ｏｕｔに接続されるが、これは図２、３Ａ、および３Ｂにおける高電位側ゲートパッドＧ_Ｈ１、高電位側電源パッドＶ_Ｈ１およびＶ_Ｈ２、ならびに共通出力パッドＵ_ｏｕｔにそれぞれ接続される高電位側素子３０２ａについて図示および説明されるのと同様である。そのため、例えば導電性クリップ３１８ｂは高電位側電源パッドＶ_Ｈ３を介して導電性クリップ３１８ｃに電気的に接続される。さらに、導電性クリップ３１８ｃにより、共通出力パッドＷ_ｏｕｔの上方で電流を導電性クリップ３１８ｃに流すことができる。

【0031】

またこの実施形態において、低電位側素子３０２ｄは低電位側ゲートパッドＧ_Ｌ１、低電位側電源パッドＶ_Ｌ１およびＶ_Ｌ２、ならびに共通出力パッドＵ_ｏｕｔに接続されるが、これは図２、３Ａ、および３Ｂにおける高電位側ゲートパッドＧ_Ｈ１、高電位側電源パッドＶ_Ｈ１およびＶ_Ｈ２、ならびに共通出力パッドＵ_ｏｕｔにそれぞれ接続される高電位側素子３０２ａについて図示および説明されるのと同様である。そのため、導電性クリップ３１８ｄにより、共通出力パッドＵ_ｏｕｔの上方で電流を導電性クリップ３１８ｄに流すことができる。しかしながら、低電位側素子３０２ｄは、共通出力パッドＵ_ｏｕｔが、高電位側素子３０２ａについて説明されるようにエミッタ／アノードノードではなく低電位側素子３０２ｄのコレクタ／カソードノードに電気的に接続されている。このコレクタ／カソードノードは図１のコレクタ／カソードノード１１４ｄに対応する。また、導電性クリップ３１８ｄは低電位側素子３０２ｄのエミッタを低電位側素子３０２ｄのアノードに接続しているが、これは高電位側素子３０２ａのコレクタを高電位側素子３０２ａのカソードに接続する導電性クリップ３１８ａと対照的である。実施形態によっては、上記接続は、共通出力パッドＵ_ｏｕｔをＩＧＢＴダイ３０４ｄおよびダイオードダイ３０６ｄのそれぞれの下面を介して低電位側素子３０２ｄのコレクタおよびカソードに接続し、導電性クリップ３１８ｄをＩＧＢＴダイ３０４ｄおよびダイオードダイ３０６ｄのそれぞれの上面を介して低電位側素子３０２ｄのエミッタおよびアノードに接続することにより実現される。このように、共通出力パッドＵ_ｏｕｔは高電位側素子３０２ａのエミッタ／アノードノードを低電位側素子３０２ｄのコレクタ／カソードノードに結合し、高電位側および低電位側導電性クリップ３１８ａおよび３１８ｄの下に位置する。

【0032】

さらに、この実施形態において、低電位側素子３０２ｅおよび３０２ｆはいずれも低電位側素子３０２ｄと同様である。例えば、低電位側素子３０２ｅは低電位側ゲートパッドＧ_Ｌ２、低電位側電源パッドＶ_Ｌ２およびＶ_Ｌ３、ならびに共通出力パッドＶ_ｏｕｔに接続されるが、これは低電位側ゲートパッドＧ_Ｌ１、低電位側電源パッドＶ_Ｌ１およびＶ_Ｌ２、ならびに共通出力パッドＵ_ｏｕｔのそれぞれに接続される低電位側素子３０２ｄについて説明されるのと同様である。このため、例えば、導電性クリップ３１８ｄは低電位側電源パッドＶ_Ｌ２を介して導電性クリップ３１８ｅに電気的に接続される。さらに、導電性クリップ３１８ｅにより、共通出力パッドＶ_ｏｕｔの上方で電流が導電性クリップ３１８ｅに流れる。

【0033】

また、低電位側素子３０２ｆは低電位側ゲートパッドＧ_Ｌ３、低電位側電源パッドＶ_Ｌ３およびＶ_Ｌ４、ならびに共通出力パッドＷ_ｏｕｔに接続されるが、これは低電位側ゲートパッドＧ_Ｌ１、低電位側電源パッドＶ_Ｌ１およびＶ_Ｌ２、ならびに共通出力パッドＵ_ｏｕｔのそれぞれに接続される低電位側素子３０２ｄについて説明されるのと同様である。このため、例えば導電性クリップ３１８ｅは低電位側電源パッドＶ_Ｌ３を介して導電性クリップ３１８ｆに電気的に接続される。さらに、導電性クリップ３１８ｆにより、共通出力パッドＷ_ｏｕｔの上方で電流が導電性クリップ３１８ｆに流れる。

【0034】

共通出力パッドＵ_ｏｕｔ、Ｖ_ｏｕｔ、およびＷ_ｏｕｔはそれぞれ図１の出力端子Ｕ_ｏｕｔ、Ｖ_ｏｕｔ、およびＷ_ｏｕｔに対応しうる。このため、三相モータ駆動用インバータモジュール３００では、共通出力パッドＵ_ｏｕｔにより高電位側素子３０２ａのエミッタ／アノードノードが低電位側素子３０２ｄのコレクタ／カソードノードに結合される。該エミッタ／アノードノードは、図１のエミッタ／アノードノード１１２ａに対応し、該コレクタ／カソードノードは同図のコレクタ／カソードノード１１４ｄに対応しうる。また、共通出力パッドＶ_ｏｕｔにより高電位側素子３０２ｂのエミッタ／アノードノードが低電位側素子３０２ｅのコレクタ／カソードノードに結合される。該エミッタ／アノードノードは図１のエミッタ／アノードノード１１２ｃに対応し、該コレクタ／カソードノードは同図のコレクタ／カソードノード１１４ｅに対応しうる。さらに、共通出力パッドＷ_ｏｕｔにより高電位側素子３０２ｃのエミッタ／アノードノードが低電位側素子３０２ｆのコレクタ／カソードノードに結合される。該エミッタ／アノードノードは図１のエミッタ／アノードノード１１２ｃに対応し、該コレクタ／カソードノードは同図のコレクタ／カソードノード１１４ｆに対応する。この実施形態において、各共通出力パッドＵ_ｏｕｔ、Ｖ_ｏｕｔ、およびＷ_ｏｕｔは基板３１６上で近接するパッドであり、実施形態によってはそれぞれ銅直接接合（ＤＢＣ）基板からなる近接するパッドであってもよい。

【0035】

またこの実施形態において、高電位側導電性クリップ３１８ａは高電位側素子３０２ａのコレクタを高電位側素子３０２ａのカソードに接続しており、これにより高電位側導電性クリップ３１８ａを介して電流が高電位側素子３０２ｂおよび低電位側素子３０２ｅを含む別の電源モジュールの高電位側導電性クリップ３１８ｂに流れる。同様に、高電位側導電性クリップ３１８ｂが高電位側素子３０２ｂのコレクタを高電位側素子３０２ｂのカソードに接続させることにより、高電位側導電性クリップ３１８ｂを介して電流が高電位側素子３０２ｃおよび低電位側素子３０２ｆを含む別の電源モジュールの高電位側導電性クリップ３１８ｃに流れる。このようにして、電流経路３３６を、図１の高電位側電源バス１０８の高電位側電源端子Ｖ_Ｈ１およびＶ_Ｈ４のそれぞれに対応しうる高電位側電源パッドＶ_Ｈ１から高電位側電源パッドＶ_Ｈ４に延ばすことができる。そのため、各高電位側導電性クリップ３０２ａ、３０２ｂ、および３０２ｃは、低インダクタンスで幅の広い電流経路をもつ高電位側電源バスの一部でありうる。

【0036】

また三相モータ駆動用インバータモジュール３００では、低電位側導電性クリップ３１８ｄが低電位側素子３１８ｄのエミッタを低電位側素子３１８ｄのアノードに接続させることにより、低電位側導電性クリップ３１８ｄを介して電流が高電位側素子３０２ｂおよび低電位側素子３０２ｅを含む該別の電源モジュールの低電位側導電性クリップ３１８ｅに流れる。さらに、低電位側導電性クリップ３１８ｅが低電位側素子３１８ｅのエミッタを低電位側素子３１８ｅのアノードに接続させることにより低電位側導電性クリップ３１８ｅを介して電流が高電位側素子３０２ｃおよび低電位側素子３０２ｆを含む該別の電源モジュールの低電位側導電性クリップ３１８ｆに流れる。これにより、電流経路３３８を、図１の低電位側電源バス１１０の低電位側電源端子Ｖ_Ｌ１およびＶ_Ｌ４のそれぞれに対応しうる低電位側電源パッドＶ_Ｌ１から低電位側電源パッドＶ_Ｌ４に延ばすことができる。そのため、各低電位側導電性クリップ３０２ｄ、３０２ｅ、および３０２Ｆは低インダクタンスで幅の広い電流経路をもつ高電位側電源バスの一部でありうる。

【0037】

こうして、三相モータ駆動用インバータモジュール３００のＵ相として、素子３０２ａおよび３０２ｄを高電位側と低電位側の電源バスの間でハーフブリッジ接続することができる。また、三相モータ駆動用インバータモジュール３００のＶ相として、素子３０２ｂおよび３０２ｅを高電位側と低電位側の電源バスの間でハーフブリッジ接続することができる。さらに、三相モータ駆動用インバータモジュール３００のＷ相として、素子３０２ｃおよび３０２ｆを高電位側と低電位側の電源バスの間でハーフブリッジ接続することができる。

【0038】

したがって、上述のように、図１〜図３Ｂの実施形態において、本発明はボンドワイヤレスの三相モータ駆動用インバータモジュールのようなボンドワイヤレス電源モジュールを提供することができる。本発明の様々な実施形態は、高電位側素子のコレクタを高電位側素子のカソードに接続する高電位側導電性クリップ、および低電位側素子のエミッタを低電位側素子のアノードに接続する低電位側導電性クリップを含む。先に説明したように、該高電位側および低電位側導電性クリップのそれぞれにより、別の電源モジュールの別の高電位側および低電位側導電性クリップのそれぞれに、三次元的に電流を流すことができる。例えば、電源モジュールの共通出力パッドの上方で電流を流すことができる。こうして、電源モジュールはボンドワイヤを用いることなく形成することができ、多数のダイが接続され、かつダイへのまたはダイ間の接続部が多い場合であっても大幅に簡素化することができる。さらに、導電性のパッドを用いて、幅が広く、左右対称であり、かつ誘導性の低い電流経路を提供することができる。その結果、電源モジュールの設置面積を縮小し電力密度を上げるとともに、性能を高めることができる。

【0039】

本発明の上記の説明から、さまざまな手法を用いて、本発明の範囲を逸脱することなく本発明の概念を実施することができることは明らかである。また、特定の実施形態を特に取り上げて本発明を説明したが、当業者であれば、本発明の趣旨および範囲を逸脱することなく形態および細部を変更することができることを理解するであろう。すなわち、上記の実施形態は、あらゆる点において例示的なものに過ぎず、限定的なものではないと考えるべきである。また、本発明は、本明細書において記載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く、多くの再構成、変更、および代替が可能であることも理解されるべきである。

【図1】

【図2】

【図3A】

【図3B】