特開 2024-137812 ディスクリートＭＯＳＦＥＴを内蔵した３相モータドライバ

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】公開特許公報(A)

(11)【公開番号】P2024137812

(43)【公開日】2024-10-07

(54)【発明の名称】ディスクリートＭＯＳＦＥＴを内蔵した３相モータドライバ

(51)【国際特許分類】

   H01L 25/07 20060101AFI20240927BHJP

【ＦＩ】

H01L25/04 C

【審査請求】未請求

【請求項の数】20

【出願形態】ＯＬ

【外国語出願】

(21)【出願番号】P 2024040923

(22)【出願日】2024-03-15

(31)【優先権主張番号】18/187,300

(32)【優先日】2023-03-21

(33)【優先権主張国・地域又は機関】US

(71)【出願人】

【識別番号】518364964

【氏名又は名称】ルネサス エレクトロニクス アメリカ インコーポレイテッド

【氏名又は名称原語表記】ＲＥＮＥＳＡＳ ＥＬＥＣＴＲＯＮＩＣＳ ＡＭＥＲＩＣＡ ＩＮＣ．

【住所又は居所原語表記】１００１ Ｍｕｒｐｈｙ Ｒａｎｃｈ Ｒｏａｄ， Ｍｉｌｐｉｔａｓ， Ｃａｌｉｆｏｒｎｉａ ９５０３５， Ｕ．Ｓ．Ａ．

(74)【代理人】

【識別番号】110002066

【氏名又は名称】弁理士法人筒井国際特許事務所

(72)【発明者】

【氏名】佐藤 哲夫

(72)【発明者】

【氏名】ジャン・ハン・ディン

(72)【発明者】

【氏名】ヨン・グー・イーエン

(57)【要約】

【課題】 モータドライバのための回路および装置が提供される。
【解決手段】
ハイブリッドＩＣ（集積回路）は、ドライバＩＣと、第１のＩＣと、複数の第２のＩＣと、を含むことができる。第１のＩＣは、複数のハイサイドＭＯＳＦＥＴ（金属酸化膜半導体電界効果トランジスタ）を含むことができる。さらに、第１のＩＣは、複数のハイサイドＭＯＳＦＥＴのドレインに接続された共通ドレイン端子を含むことができる。複数の第２のＩＣは、ローサイドＭＯＳＦＥＴをそれぞれ含むことができる。さらに、ハイブリッドＩＣは、ドライバＩＣと第１のＩＣとを接続する第１のボンディングワイヤセットを含むことができる。さらに、ハイブリッドＩＣは、ドライバＩＣと複数の第２のＩＣとを接続する第２のボンディングワイヤセットを含むことができる。さらに、ハイブリッドＩＣは、第１のＩＣと複数の第２のＩＣとを接続する第３のボンディングワイヤセットを含むことができる。
【選択図】図２

【特許請求の範囲】

【請求項1】

ハイブリッドＩＣ（集積回路）であって、
ドライバＩＣと、
平面視において、前記ドライバＩＣの１つの側部に沿って配置された第１のＩＣであって、
複数のハイサイドＭＯＳＦＥＴ（金属酸化膜半導体電界効果トランジスタ）、および
前記複数のハイサイドＭＯＳＦＥＴのドレインに接続された共通ドレイン端子
を含む第１のＩＣと、
ローサイドＭＯＳＦＥＴをそれぞれ含む複数の第２のＩＣと、
前記ドライバＩＣと前記第１のＩＣとを接続する第１のボンディングワイヤセットと、
前記ドライバＩＣと前記複数の第２のＩＣとを接続する第２のボンディングワイヤセットと、
を備え、
前記複数のハイサイドＭＯＳＦＥＴおよび前記複数の第２のＩＣのうちの前記ローサイドＭＯＳＦＥＴの各々は、それぞれの角部に位置するゲートパッドを含み、
前記複数のハイサイドＭＯＳＦＥＴのうちの外側ハイサイドＭＯＳＦＥＴは、前記外側ハイサイドＭＯＳＦＥＴのゲートパッドの位置が前記ドライバＩＣのチップに近接するように配置される、
ハイブリッドＩＣ。

【請求項2】

前記複数のハイサイドＭＯＳＦＥＴは、２つの外側ハイサイドＭＯＳＦＥＴと、中間ハイサイドＭＯＳＦＥＴと、を含み、前記２つの外側ハイサイドＭＯＳＦＥＴは、それぞれの前記ゲートパッドが前記ドライバＩＣのチップに近接するように配置される、請求項１に記載のハイブリッドＩＣ。

【請求項3】

前記第１のＩＣと前記複数の第２のＩＣとを接続する第３のボンディングワイヤセットをさらに備える、請求項１に記載のハイブリッドＩＣ。

【請求項4】

前記第１のＩＣは、第１のハイサイドＭＯＳＦＥＴと、第２のハイサイドＭＯＳＦＥＴと、第３のハイサイドＭＯＳＦＥＴと、を含み、
前記複数の第２のＩＣは、第１のＭＯＳＦＥＴ ＩＣと、第２のＭＯＳＦＥＴ ＩＣと、第３のＭＯＳＦＥＴ ＩＣと、を含み、
前記第１のＭＯＳＦＥＴ ＩＣ、前記第２のＭＯＳＦＥＴ ＩＣ、および前記第３のＭＯＳＦＥＴ ＩＣは、第１のローサイドＭＯＳＦＥＴ、第２のローサイドＭＯＳＦＥＴ、および第３のローサイドＭＯＳＦＥＴをそれぞれ含み、
前記第３のボンディングワイヤセットは、前記第１のハイサイドＭＯＳＦＥＴ、前記第２のハイサイドＭＯＳＦＥＴ、および前記第３のハイサイドＭＯＳＦＥＴと、前記第１のローサイドＭＯＳＦＥＴ、前記第２のローサイドＭＯＳＦＥＴ、および前記第３のローサイドＭＯＳＦＥＴとをそれぞれ接続する、
請求項３に記載のハイブリッドＩＣ。

【請求項5】

前記複数のハイサイドＭＯＳＦＥＴおよび前記複数の第２のＩＣのうちの前記ローサイドＭＯＳＦＥＴは、正方形の形状を有し、
前記第１のボンディングワイヤセットは、前記ドライバＩＣと前記複数のハイサイドＭＯＳＦＥＴのゲートパッドとを接続し、
前記第２のボンディングワイヤセットは、前記ドライバＩＣと前記複数の第２のＩＣのうちの前記ローサイドＭＯＳＦＥＴのゲートパッドとを接続する、
請求項１に記載のハイブリッドＩＣ。

【請求項6】

前記第１のＩＣは、前記ドライバＩＣと前記複数の第２のＩＣとの間に位置する、請求項１に記載のハイブリッドＩＣ。

【請求項7】

コントローラと、モータと、ハイブリッドＩＣ（集積回路）と、を備える装置であって、
前記ハイブリッドＩＣは、
前記ハイブリッドＩＣの入力ピンを介して前記コントローラに接続されたドライバＩＣと、
平面視において、前記ドライバＩＣの１つの側部に沿って配置された第１のＩＣであって、
複数のハイサイドＭＯＳＦＥＴ（金属酸化膜半導体電界効果トランジスタ）、および
前記複数のハイサイドＭＯＳＦＥＴのドレインに接続された共通ドレイン端子
を含む第１のＩＣと、
ローサイドＭＯＳＦＥＴをそれぞれ含む複数の第２のＩＣと、
前記ドライバＩＣと前記第１のＩＣとを接続する第１のボンディングワイヤセットと、
前記ドライバＩＣと前記複数の第２のＩＣとを接続する第２のボンディングワイヤセットと、
を備え、
前記複数のハイサイドＭＯＳＦＥＴおよび前記複数の第２のＩＣのうちの前記ローサイドＭＯＳＦＥＴの各々は、それぞれの角部に位置するゲートパッドを含み、
前記複数のハイサイドＭＯＳＦＥＴのうちの外側ハイサイドＭＯＳＦＥＴは、前記外側ハイサイドＭＯＳＦＥＴのゲートパッドの位置が前記ドライバＩＣのチップに近接するように配置される、
装置。

【請求項8】

前記複数のハイサイドＭＯＳＦＥＴは、２つの外側ハイサイドＭＯＳＦＥＴと、中間ハイサイドＭＯＳＦＥＴと、を含み、前記２つの外側ハイサイドＭＯＳＦＥＴは、それぞれの前記ゲートパッドが前記ドライバＩＣのチップに近接するように配置される、請求項７に記載の装置。

【請求項9】

前記第１のＩＣと前記複数の第２のＩＣとを接続する第３のボンディングワイヤセットと、
前記ハイブリッドＩＣの出力ピンを介して前記複数の第２のＩＣと前記モータとを接続する第４のボンディングワイヤセットと、
をさらに備える、請求項７に記載の装置。

【請求項10】

前記第１のＩＣは、第１のハイサイドＭＯＳＦＥＴと、第２のハイサイドＭＯＳＦＥＴと、第３のハイサイドＭＯＳＦＥＴと、を含み、
前記複数の第２のＩＣは、第１のＭＯＳＦＥＴ ＩＣと、第２のＭＯＳＦＥＴ ＩＣと、第３のＭＯＳＦＥＴ ＩＣと、を含み、
前記第１のＭＯＳＦＥＴ ＩＣ、前記第２のＭＯＳＦＥＴ ＩＣ、および前記第３のＭＯＳＦＥＴ ＩＣは、第１のローサイドＭＯＳＦＥＴ、第２のローサイドＭＯＳＦＥＴ、および第３のローサイドＭＯＳＦＥＴをそれぞれ含み、
前記第３のボンディングワイヤセットは、前記第１のハイサイドＭＯＳＦＥＴ、前記第２のハイサイドＭＯＳＦＥＴ、および前記第３のハイサイドＭＯＳＦＥＴと前記第１のローサイドＭＯＳＦＥＴ、前記第２のローサイドＭＯＳＦＥＴ、および前記第３のローサイドＭＯＳＦＥＴとをそれぞれ接続する、
請求項９に記載の装置。

【請求項11】

前記モータは、第１のコイルと、第２のコイルと、第３のコイルと、を含み、
前記第４のボンディングワイヤセットは、前記第１のローサイドＭＯＳＦＥＴ、前記第２のローサイドＭＯＳＦＥＴ、および前記第３のローサイドＭＯＳＦＥＴと前記第１のコイル、前記第２のコイル、および前記第３のコイルとをそれぞれ接続する、
請求項１０に記載の装置。

【請求項12】

前記複数のハイサイドＭＯＳＦＥＴおよび前記複数の第２のＩＣのうちの前記ローサイドＭＯＳＦＥＴは、正方形の形状を有し、
前記第１のボンディングワイヤセットは、前記ドライバＩＣと前記複数のハイサイドＭＯＳＦＥＴの前記ゲートパッドとを接続し、
前記第２のボンディングワイヤセットは、前記ドライバＩＣと前記複数の第２のＩＣのうちの前記ローサイドＭＯＳＦＥＴの前記ゲートパッドとを接続する、
請求項７に記載の装置。

【請求項13】

前記第１のＩＣは、前記ドライバＩＣと前記複数の第２のＩＣとの間に位置する、請求項７に記載の装置。

【請求項14】

前記ハイブリッドＩＣは、前記共通ドレイン端子において入力電圧を受け取る、請求項７に記載の装置。

【請求項15】

ハイブリッドＩＣ（集積回路）であって、
ドライバＩＣと、
前記ドライバＩＣから分離された第１のＩＣに集積された複数のハイサイドＭＯＳＦＥＴ（金属酸化膜半導体電界効果トランジスタ）であって、前記第１のＩＣは、平面視において、前記ドライバＩＣの１つの側部に沿って配置される、複数のハイサイドＭＯＳＦＥＴと、
を備え、
前記複数のハイサイドＭＯＳＦＥＴのドレインは、前記第１のＩＣの共通ドレイン端子で接続され、
前記複数のハイサイドＭＯＳＦＥＴの各々は、対応する前記ハイサイドＭＯＳＦＥＴのそれぞれの角部に位置するゲートパッドを含み、
前記ハイブリッドＩＣは、複数のローサイドＭＯＳＦＥＴをさらに備え、
前記複数のローサイドＭＯＳＦＥＴの各々は、前記ドライバＩＣおよび前記第１のＩＣから分離された個別の第２のＩＣに集積され、
前記複数のローサイドＭＯＳＦＥＴの各々は、対応する前記ローサイドＭＯＳＦＥＴのそれぞれの角部に位置するゲートパッドを含み、
前記ハイブリッドＩＣは、
前記ドライバＩＣと前記複数のハイサイドＭＯＳＦＥＴの前記ゲートパッドとを接続する第１のボンディングワイヤセットと、
前記ドライバＩＣと前記複数のローサイドＭＯＳＦＥＴの前記ゲートパッドとを接続する第２のボンディングワイヤセットと、
をさらに備え、
前記複数のハイサイドＭＯＳＦＥＴおよび前記複数の第２のＩＣのうちの前記ローサイドＭＯＳＦＥＴの各々は、それぞれの角部に位置するゲートパッドを含み、
前記複数のハイサイドＭＯＳＦＥＴのうちの外側ハイサイドＭＯＳＦＥＴは、前記外側ハイサイドＭＯＳＦＥＴのゲートパッドの位置が前記ドライバＩＣのチップに近接するように配置される、
ハイブリッドＩＣ。

【請求項16】

前記複数のハイサイドＭＯＳＦＥＴは、２つの外側ハイサイドＭＯＳＦＥＴと、中間ハイサイドＭＯＳＦＥＴと、を含み、前記２つの外側ハイサイドＭＯＳＦＥＴは、それぞれの前記ゲートパッドが前記ドライバＩＣのチップに近接するように配置される、請求項１５に記載のハイブリッドＩＣ。

【請求項17】

前記複数のハイサイドＭＯＳＦＥＴのそれぞれの横方向のアスペクト比は、１．２未満であり、
前記複数のローサイドＭＯＳＦＥＴのそれぞれの横方向のアスペクト比は、１．２未満である、
請求項１５に記載のハイブリッドＩＣ。

【請求項18】

前記複数のハイサイドＭＯＳＦＥＴの各々は、正方形の形状を有し、
前記複数のローサイドＭＯＳＦＥＴの各々は、正方形の形状を有する、
請求項１５に記載のハイブリッドＩＣ。

【請求項19】

前記複数のハイサイドＭＯＳＦＥＴおよび前記複数のローサイドＭＯＳＦＥＴのうちの少なくとも１つが９０度および－９０度のうちの一方で回転されることに対応して、前記ハイブリッドＩＣ上の前記複数のハイサイドＭＯＳＦＥＴおよび前記複数のローサイドＭＯＳＦＥＴのそれぞれの位置は変化しない、請求項１５に記載のハイブリッドＩＣ。

【請求項20】

前記複数のハイサイドＭＯＳＦＥＴは、第１のハイサイドＭＯＳＦＥＴと、第２のハイサイドＭＯＳＦＥＴと、第３のハイサイドＭＯＳＦＥＴと、を含み、
前記複数のローサイドＭＯＳＦＥＴは、第１のＭＯＳＦＥＴ ＩＣと、第２のＭＯＳＦＥＴ ＩＣと、第３のＭＯＳＦＥＴ ＩＣと、を含む、
請求項１５に記載のハイブリッドＩＣ。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本開示は、一般に、半導体装置に関する。より詳細には、本開示は、ディスクリートＭＯＳＦＥＴ（金属酸化膜半導体電界効果トランジスタ）を内蔵した３相モータドライバに関する。

【背景技術】

【0002】

ドライバＩＣ（集積回路）は、複数のトランジスタを駆動することができる。ドライバＩＣとトランジスタとの接続にはワイヤが使用され得る。ワイヤは、トランジスタのドレイン・ソース間抵抗（ＲＤＳＯＮ）に寄与することがある。ドライバＩＣとトランジスタとの間の距離が長くなると、より長いワイヤが必要になる場合がある。この長いワイヤのインピーダンスは、トランジスタのＲＤＳＯＮの増加に寄与する可能性がある。

【発明の概要】

【0003】

一実施形態において、一般に、モータドライバを実装するハイブリッドＩＣ（集積回路）が提供される。ハイブリッドＩＣは、ドライバＩＣと、第１のＩＣと、複数の第２のＩＣと、を含むことができる。第１のＩＣは、平面視において、ドライバＩＣの１つの側部に沿って配置され得る。第１のＩＣは、複数のハイサイドＭＯＳＦＥＴ（金属酸化膜半導体電界効果トランジスタ）を含むことができる。さらに、第１のＩＣは、複数のハイサイドＭＯＳＦＥＴのドレインに接続された共通ドレイン端子を含むことができる。複数の第２のＩＣは、ローサイドＭＯＳＦＥＴをそれぞれ含むことができる。さらに、ハイブリッドＩＣは、ドライバＩＣと第１のＩＣとを接続する第１のボンディングワイヤセットを含むことができる。さらに、ハイブリッドＩＣは、ドライバＩＣと複数の第２のＩＣとを接続する第２のボンディングワイヤセットを含むことができる。さらに、ハイブリッドＩＣは、第１のＩＣと複数の第２のＩＣとを接続する第３のボンディングワイヤセットを含むことができる。複数のハイサイドＭＯＳＦＥＴおよび複数の第２のＩＣのうちのローサイドＭＯＳＦＥＴの各々は、それぞれの角部に位置するゲートパッドを含むことができる。複数のハイサイドＭＯＳＦＥＴのうちの外側ハイサイドＭＯＳＦＥＴは、外側ハイサイドＭＯＳＦＥＴのゲートパッドの位置がドライバＩＣのチップに近接するように配置され得る。

【0004】

一実施形態において、一般に、モータを駆動するための半導体装置が提供される。半導体装置は、コントローラと、モータと、ハイブリッドＩＣ（集積回路）と、を含むことができる。ハイブリッドＩＣは、ハイブリッドＩＣの入力ピンを介してコントローラに接続されたドライバＩＣを含むことができる。さらに、ハイブリッドＩＣは、第１のＩＣと、複数の第２のＩＣと、を含むことができる。第１のＩＣは、平面視において、ドライバＩＣの１つの側部に沿って配置され得る。第１のＩＣは、複数のハイサイドＭＯＳＦＥＴ（金属酸化膜半導体電界効果トランジスタ）を含むことができる。さらに、第１のＩＣは、複数のハイサイドＭＯＳＦＥＴのドレインに接続された共通ドレイン端子を含むことができる。複数の第２のＩＣは、ローサイドＭＯＳＦＥＴをそれぞれ含むことができる。さらに、ハイブリッドＩＣは、ドライバＩＣと第１のＩＣとを接続する第１のボンディングワイヤセットを含むことができる。さらに、ハイブリッドＩＣは、ドライバＩＣと複数の第２のＩＣとを接続する第２のボンディングワイヤセットを含むことができる。さらに、ハイブリッドＩＣは、第１のＩＣと複数の第２のＩＣとを接続する第３のボンディングワイヤセットを含むことができる。さらに、ハイブリッドＩＣは、ハイブリッドＩＣの出力ピンを介して複数の第２のＩＣとモータとを接続する第４のボンディングワイヤセットを含むことができる。複数のハイサイドＭＯＳＦＥＴおよび複数の第２のＩＣのうちのローサイドＭＯＳＦＥＴの各々は、それぞれの角部に位置するゲートパッドを含むことができる。複数のハイサイドＭＯＳＦＥＴのうちの外側ハイサイドＭＯＳＦＥＴは、外側ハイサイドＭＯＳＦＥＴのゲートパッドの位置がドライバＩＣのチップに近接するように配置され得る。

【0005】

一実施形態において、一般に、モータドライバを実装するハイブリッドＩＣ（集積回路）が提供される。ハイブリッドＩＣは、ドライバＩＣと、ドライバＩＣから分離された第１のＩＣに集積された複数のハイサイドＭＯＳＦＥＴ（金属酸化膜半導体電界効果トランジスタ）と、複数のローサイドＭＯＳＦＥＴと、を含むことができる。第１のＩＣは、平面視において、ドライバＩＣの１つの側部に沿って配置され得る。複数のハイサイドＭＯＳＦＥＴのドレインは、第１のＩＣの共通ドレイン端子で接続され得る。ハイサイドＭＯＳＦＥＴの各々は、対応するハイサイドＭＯＳＦＥＴの角部に位置するゲートパッドを含むことができる。ローサイドＭＯＳＦＥＴの各々は、ドライバＩＣおよび第１のＩＣから分離された個別の第２のＩＣに集積される。ローサイドＭＯＳＦＥＴの各々は、対応するローサイドＭＯＳＦＥＴの角部に位置するゲートパッドを含むことができる。第１のボンディングワイヤセットは、ドライバＩＣと複数のハイサイドＭＯＳＦＥＴのゲートパッドとを接続することができる。第２のボンディングワイヤセットは、ドライバＩＣと複数のローサイドＭＯＳＦＥＴのゲートパッドとを接続することができる。第３のボンディングワイヤセットは、複数のハイサイドＭＯＳＦＥＴと複数のローサイドＭＯＳＦＥＴとを接続することができる。複数のハイサイドＭＯＳＦＥＴおよび複数の第２のＩＣのうちのローサイドＭＯＳＦＥＴの各々は、それぞれの角部に位置するゲートパッドを含むことができる。複数のハイサイドＭＯＳＦＥＴのうちの外側ハイサイドＭＯＳＦＥＴは、外側ハイサイドＭＯＳＦＥＴのゲートパッドの位置がドライバＩＣのチップに近接するように配置され得る。

【図面の簡単な説明】

【0006】

上記の要約は例示であり、いかなる意味においても限定することを意図していない。上述した態様、実施形態、および特徴に加えて、さらなる態様、実施形態、および特徴が、添付の図を参照して、且つ以下の詳細な説明から明らかになるであろう。図において、同様の参照符号は、同一または機能的に同様の要素を示す。

【図1A】従来型の３相モータドライバを含むシステムを示す図である。

【図1B】別の従来型の３相モータドライバを含む別のシステムを示す図である。

【図2】一実施形態における、ディスクリートＭＯＳＦＥＴを内蔵した３相モータドライバを示す図である。

【図3】一実施形態における、ディスクリートＭＯＳＦＥＴを内蔵した３相モータドライバを利用するシステムを示す図である。

【図4】一実施形態における、ディスクリートＭＯＳＦＥＴを内蔵した３相モータドライバを形成するための回路基板を示す図である。

【図5】一実施形態における、ディスクリートＭＯＳＦＥＴを内蔵した３相モータドライバにおけるＭＯＳＦＥＴの平面図である。

【図6】一実施形態における、ディスクリートＭＯＳＦＥＴを内蔵した３相モータドライバのボンディングを示す図である。

【図7】一実施形態における、ディスクリートＭＯＳＦＥＴを内蔵した３相モータドライバの断面図である。

【発明を実施するための形態】

【0007】

以下の説明では、本願の様々な実施形態の理解を促すために、特定の構造、構成要素、材料、寸法、処理ステップ、および技術などを含む多数の具体的な詳細が記載されている。しかしながら、当業者であれば、本願の様々な実施形態が、これらの具体的な詳細なしに実現され得ることを理解するであろう。場合によっては、本願を不明瞭にしないために、既知の構造または処理ステップの詳細に関する説明を省略する。

【0008】

図１Ａは、従来型の３相モータドライバを含むシステムを示す図である。図１Ａに示すシステムは、コントローラと、ドライバＩＣ（集積回路）と、複数のハイサイドＭＯＳＦＥＴ（金属酸化膜半導体電界効果トランジスタ）と、複数のローサイドＭＯＳＦＥＴと、モータと、を含む。ドライバＩＣは、複数のドライバを含むことができる。ドライバの各々は、コントローラから制御信号（例えば、パルス幅変調（ＰＷＭ））を受信し、ハイサイドＭＯＳＦＥＴおよびローサイドＭＯＳＦＥＴのうちの１つのＭＯＳＦＥＴを駆動することができる。ハイサイドＭＯＳＦＥＴの各々は、ローサイドＭＯＳＦＥＴに接続されて、１対のパワートランジスタを形成することができる。したがって、図１Ａに示すシステムは、３対のパワートランジスタを有する。モータは、３つのコイルを含む。モータのコイルの各々は、１対のパワートランジスタに接続される。

【0009】

ドライバＩＣは、ブラシレス直流（ＢＬＤＣ）モデルドライバのような従来型の３相モータドライバとすることができる。ドライバＩＣ内のドライバが３対のパワートランジスタをスイッチングするので、３対のパワートランジスタは、モータのコイルに異なる相電流を供給することができる。コイルに供給される相電流は、モータを移動させる磁界を生じさせることができる。３つのコイルに供給される相電流の合計は、ゼロになる。３つのコイルに供給される相電流が異なれば、異なる磁界を生じさせることができる。異なる磁界によって、モータの方向および速度を制御することができる。

【0010】

図１Ａに示すＢＬＤＣモデルドライバを利用することができる用途として、比較的小さな構成要素を必要とするものが挙げられる。このような用途の例として、ドローン、掃除ロボット、電子園芸用具、倉庫用ロボット、医療支援ロボット、玩具、カメラレンズ、および様々な工業製品や消費者向け製品などが挙げられる。

【0011】

カメラレンズのような低電圧装置を駆動する場合、低電圧装置は大電流を必要とするため、ドレイン・ソース間抵抗（ＲＤＳＯＮ）を最小限に抑える必要がある。ＲＤＳＯＮを低減するために、アルミニウムボンディングなどの低インピーダンス配線を使用することができる。その一方で、ドローンや掃除ロボットのような高電圧装置を駆動する場合、高電圧装置は低電流で動作できるため、ワイヤによるＲＤＳＯＮの増加は許容され得る。

【0012】

図１Ａに示すシステムにおいて、ハイサイドＭＯＳＦＥＴおよびローサイドＭＯＳＦＥＴは、従来型の３相モータドライバ（例えば、ドライバＩＣ）の外にある。ハイサイドＭＯＳＦＥＴおよびローサイドＭＯＳＦＥＴの位置がドライバＩＣの外にあることで、回路基板のスペースがより多く必要になり、また、ドライバＩＣとＭＯＳＦＥＴとを接続するためのワイヤがより多く必要になる。ワイヤは、ハイサイドＭＯＳＦＥＴおよびローサイドＭＯＳＦＥＴのＲＤＳＯＮを増加させる要因となり得る。

【0013】

図１Ｂは、別の従来型の３相モータドライバを含む別のシステムを示す図である。図１Ｂに示すシステムにおいて、ドライバＩＣのドライバや他の回路部品、ハイサイドＭＯＳＦＥＴ、およびローサイドＭＯＳＦＥＴは、同一のウェハ（例えば、シリコンウェハ）上に作製されている。したがって、図１Ｂに示すドライバＩＣは、ハイサイドＭＯＳＦＥＴとローサイドＭＯＳＦＥＴとを含むモノリシックＩＣである。このモノリシックＩＣの構成は、配線の削減や回路基盤のスペースの確保を可能にする。しかしながら、モノリシックＩＣは、１つのダイで電力を消費するために高電圧に対応することができない。そのため、駆動能力に限界がある。図１Ｂに示すドライバＩＣのようなモノリシックＩＣは、携帯電話のカメラや小型モータのような低電圧用途や高電圧を必要としない用途には適しているが、ドローンや掃除ロボットのような高電圧用途には不十分な場合がある。

【0014】

図２は、一実施形態における、ディスクリートＭＯＳＦＥＴを内蔵した３相モータドライバを示す図である。図２に示す実施形態において、ディスクリートＭＯＳＦＥＴを内蔵した３相モータドライバは、ハイブリッドＩＣ２００によって実装され得る。ハイブリッドＩＣ２００は、複数のＩＣ（またはダイ）、半導体装置（例えば、トランジスタ、ダイオード、またはモノリシックＩＣ）などの個別の装置、および／または受動部品（例えば、抵抗器、インダクタ、トランス、およびキャパシタ）を含む電子パッケージとすることができる。これは、基板またはプリント回路基板（ＰＣＢ）にボンディングされ、単一の装置に組み込まれる。ハイブリッドＩＣ２００は、単一の構成要素として機能することができ、基板上に実装され得る。ここで、基板のベアダイは、ワイヤボンディング、テープボンディング、あるいはフリップチップボンディングを介して表面に接続され得る。ハイブリッドＩＣ２００は、例えばプラスチック成形によって封入され、プリント回路基板上に実装され得る。

【0015】

ハイブリッドＩＣ２００は、ドライバＩＣまたはダイ２０２と、複数のＩＣまたはダイ２０４，２１０，２１２，２１４と、を含むことができる。ＩＣ２０４，２１０，２１２，２１４は、個別のＩＣまたはディスクリートＩＣとすることができる。ＩＣ２０４は、複数のハイサイドＭＯＳＦＥＴを含むハイサイドＩＣとすることができる。ＩＣ２１０，２１２，２１４の各々は、１つのローサイドＭＯＳＦＥＴを含むことができる。図２に示す実施形態において、ＩＣ２０４は、３つのハイサイドＭＯＳＦＥＴ Ｍ１，Ｍ３，Ｍ５を含むことができる。さらに、ＩＣ２０４は、ハイサイドＭＯＳＦＥＴ Ｍ１，Ｍ３，Ｍ５のドレインに接続された共通ドレイン端子２０６を含むことができる。共通ドレイン端子２０６は、入力電圧が共通ドレイン端子２０６を介してＩＣ２０４内のハイサイドＭＯＳＦＥＴに供給されるように、例えば、ドライバＩＣ２０２内の入力電圧源に接続され得る。

【0016】

ＩＣ２１０はローサイドＭＯＳＦＥＴ Ｍ２を含むことができ、ＩＣ２１２はローサイドＭＯＳＦＥＴ Ｍ４を含むことができ、ＩＣ２１４はローサイドＭＯＳＦＥＴ Ｍ６を含むことができる。ドライバＩＣ２０２は、第１のボンディングワイヤセットを用いてＩＣ２０４内のハイサイドＭＯＳＦＥＴ Ｍ１，Ｍ３，Ｍ５のゲートパッドに接続され得る。また、ドライバＩＣ２１２は、第２のボンディングワイヤセットを用いてＩＣ２１０，２１２，２１４のそれぞれのローサイドＭＯＳＦＥＴ Ｍ２，Ｍ４，Ｍ６のゲートパッドに接続され得る。ＩＣ２０４は、第３のボンディングワイヤセットを用いてＩＣ２１０，２１２，２１４に接続され得る。第１、第２、および第３のボンディングワイヤセットは、例えば、金パラジウム銅（ＡｕＰｄＣｕ）製のボンディングワイヤとすることができる。

【0017】

ハイブリッドＩＣ２００は、別の構成要素に接続するための複数の入力ピンおよび複数の出力ピンを含むことができる。図２に示す実施形態において、ハイブリッドＩＣ２００は、例えばコントローラに接続され得る入力ピンＰＷＭを含むことができる。これにより、接続されたコントローラは、ＰＷＭピンを介してＰＷＭ制御信号をドライバＩＣ２０２に供給することができる。また、ハイブリッドＩＣ２００は、例えばモータの様々なコイルに接続され得るＶＯＵＴ１，ＶＯＵＴ２，ＶＯＵＴ３などの出力ピンを含むことができる。これにより、ドライバＩＣ２０２によって駆動されるＩＣ２０４，２１０，２１２，２１４内のＭＯＳＦＥＴは、モータを駆動するために、接続されたコイルに電流を供給することができる。

【0018】

ハイサイドＭＯＳＦＥＴを１つの内蔵ディスクリートＩＣとし、ローサイドＭＯＳＦＥＴを３つの内蔵ディスクリートＩＣとし、ドライバＩＣ２０２を設けることで、ハイブリッドＩＣ２００は、ＭＯＳＦＥＴをドライバＩＣの外部に設けた従来型のシステム（例えば、図１Ａ）と比較して、配線を少なくすることができる一方で、モノリシックな解決策（例えば、図１Ｂ）と比較して、より高電圧の用途に対応することができる。

【0019】

図３は、一実施形態における、ディスクリートＭＯＳＦＥＴを内蔵した３相モータドライバを利用するシステムを示す図である。図３に示すシステムは、コントローラ３０２と、ハイブリッドＩＣ２００と、モータ３０４と、を含むことができる。ハイブリッドＩＣ２００は、コントローラ３０２から制御信号（例えば、パルス幅変調（ＰＷＭ）信号）を受信して、ＩＣ２０４，２１０，２１２，２１４内のＭＯＳＦＥＴ Ｍ１，Ｍ２，Ｍ３，Ｍ４，Ｍ５，Ｍ６を駆動することができる。ＭＯＳＦＥＴ Ｍ１およびＭ２は、第１のパワートランジスタペアを形成することができ、ＭＯＳＦＥＴ Ｍ３およびＭ４は、第２のパワートランジスタペアを形成することができ、ＭＯＳＦＥＴ Ｍ５およびＭ６は、第３のパワートランジスタペアを形成することができる。第１、第２、および第３のパワートランジスタペアは、コントローラ３０２から供給されるＰＷＭ信号を使用して、ドライバＩＣ２０２によってスイッチングされて、出力電圧Ｖ１，Ｖ２，Ｖ３をそれぞれ生成することができる。図２を参照すると、電圧Ｖ１，Ｖ２，Ｖ３は、ハイブリッドＩＣ２００のピンＶＯＵＴ１，ＶＯＵＴ２，ＶＯＵＴ３からそれぞれ出力され得る。

【0020】

モータ３０４は、ＭＯＳＦＥＴ Ｍ１，Ｍ２，Ｍ３，Ｍ４，Ｍ５，Ｍ６によって形成された３つのパワートランジスタペアに接続された３つのコイルを含むことができる。ハイブリッドＩＣ２００は、ブラシレス直流（ＢＬＤＣ）モデルドライバなどの３相モータドライバとして機能することができる。ハイブリッドＩＣ２００内の３つのパワートランジスタペアがドライバＩＣ２０２によってスイッチングされると、電圧Ｖ１，Ｖ２，Ｖ３の相電流がモータ３０４の３つのコイルに供給され得る。コイルに供給される相電流は、モータ３０４を作動または移動させる磁界を生じさせることができる。３つのコイルに供給される相電流の合計は、ゼロになり得る。３つのコイルに供給される相電流が異なれば、異なる磁界を生じさせることができる。異なる磁界によって、モータの方向および速度を制御することができる。

【0021】

図４は、一実施形態における、ディスクリートＭＯＳＦＥＴを内蔵した３相モータドライバを形成するための回路基板を示す図である。回路基板４００を使用して、図２および図３に示すハイブリッドＩＣ２００を形成することができる。回路基板４００は、セクション４０２，４０４，４０６，４０８，４１０と、複数のピン４２０と、を含むことができる。複数のピン４２０は、図２に示すピンＰＷＭ，ＶＯＵＴ１，ＶＯＵＴ２，ＶＯＵＴ３などの入力ピンおよび出力ピンを含むことができる。セクション４０２はドライバＩＣ２０２のために確保され、セクション４０４はＩＣ２０４のために確保され、セクション４０６，４０８，４１０はＩＣ２１０，２１２，２１４のためにそれぞれ確保され得る。

【0022】

ハイブリッドＩＣ２００を形成するために、ドライバＩＣ２０２を回路基板４００のセクション４０２に実装することができる。また、ＩＣ２０４，２１０，２１２，２１４を回路基板４００のセクション４０４，４０６，４０８，４１０にそれぞれ実装することができる。ドライバＩＣ２０２およびＩＣ２０４，２１０，２１２，２１４の実装に対応して、ドライバＩＣ２０２およびＩＣ２０４，２１０，２１２，２１４の相互接続に使用されるボンディングワイヤを追加することができる。また、他の配線を追加して、ドライバＩＣ２０２およびＩＣ２０４，２１０，２１２，２１４とピン４２０とを接続することができる。配線の完了に対応して、得られたパッケージは、例えばプラスチック成形によって封入され、単一の電子パッケージが形成され得る。

【0023】

図５は、一実施形態における、ディスクリートＭＯＳＦＥＴを内蔵した３相モータドライバにおけるＭＯＳＦＥＴの平面図である。図５には、ＭＯＳＦＥＴ５００の平面図が示されている。ＭＯＳＦＥＴ５００は、図２および図３に示すＭＯＳＦＥＴ Ｍ１，Ｍ２，Ｍ３，Ｍ４，Ｍ５，Ｍ６として使用され得る。ＭＯＳＦＥＴ５００は、図５の平面図が示すように、上面から見たときに正方形の形状またはそれに近い形状を有することができる。一実施形態において、横方向のアスペクト比（例えば、ＭＯＳＦＥＴ５００の長さＬと幅Ｗの比）は、１．２未満であり得る。なお、横方向のアスペクト比が１．０である場合、ＭＯＳＦＥＴ５００ではＷ＝Ｌとなり、ＭＯＳＦＥＴ５００は正方形の形状を有することに留意されたい。ゲートパッドＧＰが、ＭＯＳＦＥＴ５００の４つの角部のうちの１つに配置され得る。また、ゲートパッドＧＰも正方形の形状を有することができる。ゲートパッドＧＰの側部の長さがＳで示されている。一実施形態において、ＷおよびＬは約１，４００μｍであり得、Ｓは約２００μｍであり得る。

【0024】

一実施形態において、ＭＯＳＦＥＴ５００が正方形の形状を有するので、ＭＯＳＦＥＴ５００の回転により、ＭＯＳＦＥＴ５００の全体的な形状および向きに影響を与えることなく、ゲートパッドＧＰを別の角部に移動させることができる。図５に示す実施例において、ＭＯＳＦＥＴ５００が中心点Ｃを中心に時計回りに９０度、あるいは反時計回りに－９０度回転した場合、ゲートパッドＧＰを別の角部に移動させることができ、ＭＯＳＦＥＴ５００は正方形の形状を維持することができ、ＭＯＳＦＥＴ５００の位置も変更することなく維持することができる。図４を参照すると、ＭＯＳＦＥＴ５００が９０度回転した後であっても、セクション内の回転したＭＯＳＦＥＴ５００が占める面積が変わらないので、ＭＯＳＦＥＴ５００は、セクション４０６，４０８，４１０に実装され得る。さらに、回転後も、ゲートパッドＧＰとＩＣ２０４および／またはドライバＩＣ２０２との間の距離はほぼ同じである。したがって、ＭＯＳＦＥＴ５００のような正方形のＭＯＳＦＥＴを使用することで、ハイブリッドＩＣ２００内のＩＣの相互接続に使用されるボンディングワイヤの位置に柔軟性を提供することができ、ボンディングワイヤ間の衝突を低減することができる。

【0025】

図６は、一実施形態における、ディスクリートＭＯＳＦＥＴを内蔵した３相モータドライバのボンディングを示す図である。図６には、ハイブリッドＩＣ２００の平面視におけるボンディングが示されている。図６に示すように、ドライバＩＣ２０２およびＩＣ２０４，２１０，２１２，２１４は、図４に示す回路基板４００の対応するセクションにそれぞれ実装される。ＩＣ２０４は、ハイサイドＭＯＳＦＥＴ Ｍ１，Ｍ３，Ｍ５と、共通ドレイン端子２０６と、を含むことができる。ＩＣ２０４は、ドライバＩＣ２０２の１つの側部に沿って配置され得、例えば、ドライバＩＣ２０２の側部６０１と平行に配置され得る。ＩＣ２１０，２１２，２１４は、ＭＯＳＦＥＴ Ｍ２，Ｍ４，Ｍ６をそれぞれ含む。ＩＣ２０４に注目すると、ハイサイドＭＯＳＦＥＴ Ｍ１およびＭ５は、外側ハイサイドＭＯＳＦＥＴと考えることができ、ハイサイドＭＯＳＦＥＴは、中間ハイサイドＭＯＳＦＥＴと考えることができる。ドライバＩＣ２０２は、ドライバＩＣ２０２の周囲に近接する複数のドライバピンを含むことができる。第１のドライバピン６０２の特定のセットは、ハイブリッドＩＣ２００内のＩＣ２０４，２１０，２１２，２１４に対向するドライバＩＣ２０２の側部に位置するように設計される。第１のドライバピン６０２は、ＭＯＳＦＥＴ Ｍ１，Ｍ２，Ｍ３，Ｍ４，Ｍ５，Ｍ６のゲートパッドに接続される出力ピンを含むことができる。これにより、ドライバＩＣ２０２は、ＭＯＳＦＥＴ Ｍ１，Ｍ２，Ｍ３，Ｍ４，Ｍ５，Ｍ６を駆動することができる。一実施形態において、第１のドライバピン６０２は、入力ピンおよび出力ピンを含むことができる。これにより、ドライバＩＣ２０２は、ＭＯＳＦＥＴ Ｍ１，Ｍ２，Ｍ３，Ｍ４，Ｍ５，Ｍ６と通信して信号を交換することができる。第２のドライバピン６０３の特定のセットは、ドライバＩＣ２０２の角部の近傍に位置するように設計される。これにより、第２のドライバピン６０３は、ドレイン端子２０６およびハイブリッドＩＣ２００の周囲のピンなどに接続され得る。ワイヤを使用して、第２のドライバピン６０３とハイブリッドＩＣ２００の周囲のピンとを接続することができ、ＭＯＳＦＥＴ Ｍ１～Ｍ６のゲートパッドと第１のドライバピン６０２とを接続することができる。ＭＯＳＦＥＴ Ｍ１～Ｍ６の回転を可能にする柔軟性と、ゲートパッドをドライバＩＣ２０２の近傍に配置させる少なくとも１つの外側ハイサイドＭＯＳＦＥＴの配置により、第１のドライバピン６０２および第２のドライバピン６０３に接続されたワイヤ間の衝突の可能性を回避することができる。

【0026】

ＭＯＳＦＥＴ Ｍ１，Ｍ２，Ｍ３，Ｍ４，Ｍ５，Ｍ６の各々は、正方形の形状を有する（図５のＭＯＳＦＥＴ５００参照）。図６に示す実施例において、ＭＯＳＦＥＴ Ｍ１，Ｍ２，Ｍ４，Ｍ６のゲートパッドは右上角部に位置し、ＭＯＳＦＥＴ Ｍ３，Ｍ５のゲートパッドは左上角部に位置している。ＭＯＳＦＥＴ Ｍ１，Ｍ２，Ｍ３，Ｍ４，Ｍ５，Ｍ６は、ボンディングワイヤの間隔に合わせて回転され得る。一実施形態において、ハイサイドＭＯＳＦＥＴ Ｍ３およびＭ５のゲートパッドが左上角部に位置するのは、ハイサイドＭＯＳＦＥＴ Ｍ３およびＭ５を元の配置または向き（例えば、ゲートパッドが右上角部に位置する）から回転させた結果であり得る。この回転により、ハイサイドＭＯＳＦＥＴ Ｍ３およびＭ５のゲートパッドは、回転前の配置と比較して、ドライバＩＣ２０２に近接するか、比較的近傍に配置することができる。別の実施形態において、外側ハイサイドＭＯＳＦＥＴ Ｍ１およびＭ５のそれぞれのゲートパッドがドライバＩＣ２０２に近接するか比較的近傍に位置し、且つハイブリッドＩＣ２００のエッジから離れた角部に位置するように、外側ハイサイドＭＯＳＦＥＴ Ｍ１およびＭ５が回転されるか方向付けされる。別の実施形態において、ＭＯＳＦＥＴ Ｍ１およびＭ３のゲートパッドに接続されたボンディングワイヤが互いに近すぎるか、衝突する危険性があると考えられる場合、ＭＯＳＦＥＴ Ｍ３を時計回りに回転させて、そのゲートパッドを左上角部から右上角部に移動させて、衝突の可能性を回避することができる。

【0027】

図７は、一実施形態における、ディスクリートＭＯＳＦＥＴを内蔵した３相モータドライバの断面図である。ハイブリッドＩＣ２００の断面図には、ドライバＩＣ２０２およびＩＣ２０４，２１０，２１２，２１４の相互接続に使用され得るボンディングワイヤが示されている。ボンディングワイヤセット７０２は、ドライバＩＣ２０２と、回路基板４００および／または回路基板４００のピン４２０とを接続することができる（図４参照）。ボンディングワイヤセット７０４は、ドライバＩＣ２０２とＩＣ２０４とを接続することができる。一実施形態において、ボンディングワイヤ７０４は、図６に示す第１のドライバピン６０２の一部と、ＩＣ２０４のＭＯＳＦＥＴ Ｍ１，Ｍ３，Ｍ５のゲートパッドとを接続することができる。ボンディングワイヤセット７０６は、ドライバＩＣ２０２とＩＣ２１０，２１２，２１４とを接続することができる。一実施形態において、ボンディングワイヤ７０６は、第１のドライバピン６０２の一部と、ＩＣ２１０，２１２，２１４のＭＯＳＦＥＴ Ｍ２，Ｍ６，Ｍ６のゲートパッドとをそれぞれ接続することができる。ボンディングワイヤセット７０８は、ＩＣ２０４とＩＣ２１０，２１２，２１４とを接続することができる。ボンディングワイヤセット７１０は、ＩＣ２１０，２１２，２１４のＭＯＳＦＥＴ Ｍ２，Ｍ４，Ｍ６と回路基板４００のピン４２０とを接続することができる。

【0028】

一実施形態において、ボンディングワイヤ７０４，７０６，７０８は、ＢＳＯＢ（Ｂａｌｌ ｓｔｉｔｃｈ ｏｎ ｂａｌｌ）技術を用いたダイ間ボンディングを使用して、ドライバＩＣ２０２およびＩＣ２０４，２１０，２１２，２１４を相互接続することができる。図７に示す実施例において、２つのダイＩＣ－ＡおよびＩＣ－Ｂを相互接続するために、ＩＣ－Ｂ上のボンドパッド上にスタッドボールバンプを形成し、ＩＣ－Ａに取り付けられたワイヤを、ＩＣ－Ｂ上のスタッドボールバンプとワイヤ上部に溶接された別のボールボンドとの間で溶接して、ＩＣ－ＡおよびＩＣ－Ｂを相互接続することができる。

【0029】

本明細書で使用される用語は、特定の実施形態を説明するためにのみ使用されており、本発明を限定することを意図していない。本明細書で使用される単数を表す用語は、特に明示されない限り、その複数を含むことも意図している。また、本明細書で使用される「備える」という用語は、記載されている特徴、整数、ステップ、動作、要素、および／または構成要素の存在を画定するが、１つまたは複数の特徴、整数、ステップ、動作、要素、構成要素、および／またはそれらの群の存在または追加を排除しないことに留意されたい。

【0030】

添付の特許請求の範囲に記載のすべての手段またはステップと機能要素の対応する構造、材料、操作、およびそれらの等価物は、具体的に記載されている他の要素と組み合わせて機能を実現するための任意の構造、材料、または操作を包含することを意図している。本発明の開示されている実施形態の説明は、例示および説明のために提供されているが、網羅的であること、あるいは開示された形態に限定されることを意図していない。当業者には、本発明の範囲および精神から逸脱することなく、多くの修正および変形を適用することができることが明らかであろう。上述した実施形態は、本発明の原理および実用化を最適に説明するために、また、検討される特定の用途に適するように種々の修正を伴う様々な実施形態について本発明を当業者が理解できるように、選択および説明されたものである。

【図1A】

【図1B】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】

【外国語明細書】