(57)【要約】【課題】本発明は、パワーモジュール構造を提供する。【解決手段】かかるパワーモジュール構造は、第１の金属層、第２の金属層、第３の金属層、第４の金属層、第１のスイッチ及び第２のスイッチを含み、第１の金属層及び第３の金属層は、第１の基準平面及び第２の基準平面にそれぞれ設けられ、ここで、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、且つ、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。本発明のパワーモジュール構造を採用して、インダクタンスの打ち消し合いを良く実現し、モジュールの寄生インダクタンスを低減する。【選択図】図４
2020013987.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
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、
ことを特徴とするパワーモジュール構造。
【請求項２】
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、
ことを特徴とする請求項１に記載のパワーモジュール構造。
【請求項３】
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、
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。
【請求項４】
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。
【請求項５】
前記接続ブリッジは、前記第１のスイッチと前記第２のスイッチとの同じ側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。
【請求項６】
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。
【請求項７】
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。
【請求項８】
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。
【請求項９】
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３に記載のパワーモジュール構造。
【請求項１０】
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３に記載のパワーモジュール構造。
【請求項１１】
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３に記載のパワーモジュール構造。
【請求項１２】
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。
【請求項１３】
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４に記載のパワーモジュール構造。
【請求項１４】
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４に記載のパワーモジュール構造。
【請求項１５】
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５に記載のパワーモジュール構造。
【請求項１６】
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５に記載のパワーモジュール構造。
【請求項１７】
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。
【請求項１８】
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１７に記載のパワーモジュール構造。
【請求項１９】
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３に記載のパワーモジュール構造。
【請求項２０】
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１９に記載のパワーモジュール構造。
【請求項２１】
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。
【請求項２２】
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。
【請求項２３】
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２２に記載のパワーモジュール構造。
【請求項２４】
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。
【請求項２５】
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２４に記載のパワーモジュール構造。
【請求項２６】
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２４に記載のパワーモジュール構造。
【請求項２７】
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２４に記載のパワーモジュール構造。
【請求項２８】
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２７に記載のパワーモジュール構造。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、電力電子デバイスの技術分野に関し、特に、パワーモジュール構造に関する。
【背景技術】
【０００２】
現在の電力電子装置は、電力変換の重要な構成部分として、電力、電子、モータ及びエネルギー産業に広く応用される。当業者は、電力電子装置の長期の安定動作の確保及び電力電子装置の電気エネルギーの変換効率の向上が求められている。
【０００３】
パワー半導体デバイスは、現在の電力電子設備のコア部品として、その性能によって電力電子装置の信頼性及び電気エネルギーの変換効率を直接に決定する。高信頼度、高安全性、高性能の電力電子設備を設計するために、パワー半導体デバイスが低電圧ストレス、低電力損失の特性を有することが望ましい。電力電子設備に使用するパワー半導体デバイスがオン／オフ状態で動作しているが、高頻度のオン／オフ動作により、線路に高い電流変化率ｄｉ／ｄｔが発生し易くなる。回路原理によって、変化される電流が寄生インダクタンスＬｓｔｒａｙに作用して電圧Ｖｓが発生し、計算式は以下の通りである。
【０００４】
【数１】
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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。
【０００５】
以上のように、線路において寄生インダクタンスを低減することが求められ、寄生インダクタンスがパワー半導体デバイスのパッケージに関連するため、パッケージ構造を設定して寄生インダクタンスを低減する必要がある。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
本発明の目的は、従来技術の制限や欠点による１つ以上の課題をある程度解決することができるパワーモジュール構造を提供する。
【０００７】
本開示の他の特性や利点は、以下の記載により明らかになり、又は本開示の一部の実践により得ることができる。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本発明の第１の形態は、パワーモジュール構造を提供し、
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。
【０００９】
選択可能で、第１の基板及び第２の基板をさらに含み、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る。
【００１０】
選択可能で、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、
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。
【００１１】
選択可能で、前記第１のブロックは、金属ブロック又は熱伝導絶縁材料ブロックであり、前記第２のブロックは、金属ブロック又は熱伝導絶縁材料ブロックである。
【００１２】
選択可能で、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。
【００１３】
選択可能で、前記接続ブリッジは、前記第１のスイッチと前記第２のスイッチとの同じ側に集中されて設けられる。
【００１４】
選択可能で、
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。
【００１５】
選択可能で、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る。
【００１６】
選択可能で、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のスイッチと前記第２のスイッチの信号端に接続される前記信号端子をさらに含む。
【００１７】
選択可能で、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。
【００１８】
選択可能で、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の基準平面が前記第１の重複領域を垂直に切断する。
【００１９】
選択可能で、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。
【００２０】
選択可能で、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。
【００２１】
選択可能で、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。
【００２２】
選択可能で、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前記クランプコンデンサをさらに含む。
【００２３】
選択可能で、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。
【００２４】
選択可能で、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。
【００２５】
選択可能で、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。
【００２６】
選択可能で、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。
【００２７】
選択可能で、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。
【００２８】
選択可能で、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、前記第１の重複領域から離れる方向にそれぞれ延在する。
【００２９】
選択可能で、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。
【００３０】
選択可能で、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。
【００３１】
選択可能で、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の端側は、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の端側よりも外側に０．５〜５ｍｍ突出する。
【００３２】
選択可能で、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。
【００３３】
選択可能で、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。
【００３４】
選択可能で、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、重なる。
【００３５】
選択可能で、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。
【００３６】
選択可能で、前記接続ブリッジは、柱状の接続ブリッジである。
【００３７】
選択可能で、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い。
【００３８】
選択可能で、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。
【００３９】
本発明の第１の形態のパワーモジュール構造を採用し、第１の金属層及び前記第３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１の重複領域が形成され、且つ前記第１の金属層を流れる電流方向と前記第３の金属層を流れる電流の方向が反対方向であるため、インダクタンスの打ち消し合い効果を実現し、モジュールの寄生インダクタンスを低減する。
【００４０】
本発明の第２の形態は、パワーモジュール構造を提供し、
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。
【００４１】
選択可能で、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る。
【００４２】
選択可能で、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。
【００４３】
選択可能で、
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。
【００４４】
選択可能で、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。
【００４５】
選択可能で、第１のブロック及び第２のブロックを含み、
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。
【００４６】
選択可能で、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。
【００４７】
選択可能で、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の端側は、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の端側よりも外側に０．５〜５ｍｍ突出する。
【００４８】
選択可能で、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。
【００４９】
本発明の第２の形態のパワーモジュール構造を採用し、第４の金属層と、前記第２の金属層又は第３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、重複領域が形成され、前記第４の金属層を流れる電流が前記第２の金属層又は第３の金属層を流れる電流とは、反対方向の電流であるため、インダクタンスの打ち消し合い効果を実現し、モジュールの寄生インダクタンスを低減する。
【００５０】
本発明の特徴及び技術内容を理解するために、以下の本発明の詳細的な説明及び図面を参照し、ここの詳細的な説明及び図面が本発明を説明するためのものであり、本発明の請求項を限定するものではない。
【図面の簡単な説明】
【００５１】
図面を参照し実施例を説明して、本発明の特徴及び利点が明瞭になる。
【図１】従来の技術のハーフブリッジモジュールの等価回路図である。
【図２】本発明の第１の実施例におけるパッケージされたパワーモジュール構造の模式図である。
【図３】本発明の第１の実施例におけるパワーモジュール構造の模式図である。
【図４】図２のＡ−Ａ方向の断面図である。
【図５】図４の電流方向の模式図である。
【図６】本発明の第１の実施例におけるパワーモジュール構造の分解図である。
【図７】本発明の第２の実施例におけるパワーモジュール構造の模式図である。
【図８】本発明の第２の実施例におけるパワーモジュール構造の分解図である。
【図９】図７のＢ−Ｂ方向の断面図である。
【図１０】本発明の第３の実施例におけるパワーモジュール構造の模式図である。
【図１１】本発明の第３の実施例におけるパワーモジュール構造の分解図である。
【図１２】本発明の第４の実施例におけるパワーモジュール構造の模式図である。
【図１３】本発明の第５の実施例におけるパワーモジュール構造の模式図である。
【図１４】本発明においてクランプコンデンサが追加されたハーフブリッジモジュールの等価回路図である
【図１５】本発明の第６の実施例におけるパワーモジュール構造の模式図である。
【図１６】本発明の第７の実施例におけるパワーモジュール構造の模式図である。
【図１７】図１６のブロック領域の拡大図である。
【図１８】図１６のＤ−Ｄ方向の断面図である。
【図１９】本発明の第８の実施例におけるパワーモジュール構造の模式図である。
【図２０】図１９のＥ−Ｅ方向の断面図である。
【図２１】本発明の第９の実施例におけるパワーモジュール構造の模式図である。
【図２２】図２１のＦ−Ｆ方向の断面図である。
【図２３】４つのペアのスイッチを使用したハーフブリッジモジュールの等価回路図である。
【図２４】本発明の第１０の実施例におけるパワーモジュール構造の模式図である。
【図２５】本発明の第１０の実施例におけるパワーモジュール構造の一部の分解図である。
【図２６】本発明の第１０の実施例におけるパワーモジュール構造の一部の分解図である。
【図２７】図２４のＨ−Ｈ方向の断面図である。
【図２８】図２４のＧ−Ｇ方向の断面図である。
【図２９】図２７の電流方向の模式図である。
【図３０】本発明の第１０の実施例におけるパワーモジュール構造の分解図である。
【図３１】本発明の第１１の実施例におけるパワーモジュール構造の模式図である。
【図３２】本発明の第１２の実施例におけるパワーモジュール構造の模式図である。
【図３３】本発明の各実施例に使用する第１のブロックの構成の模式図である。
【図３４】本発明の各実施例に使用する第１のブロックの構成の模式図である。
【図３５】本発明の第１のブロックの選択可能な構成の模式図である。
【図３６】本発明の第１のブロックの選択可能な構成の模式図である。
【図３７】本発明の第１のブロックの選択可能な構成の模式図である。
【図３８】本発明の第１のブロックの選択可能な構成の模式図である。
【図３９】本発明の第１のブロックの選択可能な構成の模式図である。
【図４０】本発明の第１のブロックの選択可能な構成の模式図である。
【図４１】本発明の第１のブロックの選択可能な構成の模式図である。
【図４２】本発明の第１のブロックの選択可能な構成の模式図である。
【図４３】本発明の第１のブロックの選択可能な構成の模式図である。
【発明を実施するための形態】
【００５２】
以下、図面を参照し、例示的な実施の形態をより全面的に説明する。なお、例示的な実施の形態は、多種の形態により実施される可能であり、かつ、これらの例に限定すると理解すべきでなく、逆に、これらの実施の形態を提供して本開示がさらに全面化や完全化し、例示的な実施の形態の思想を当業者に全面的に伝達する。図面に同じ符号が同じ又は相当する構成を示すため、その説明を省略する。
【００５３】
ここで、２つの部品の間の接続は、２つの部品の直接の接続、即ち、直接の接触又は貼合であってもよいし、２つの部品の間接の接続、即ち、他の材料を介して接続してもよく、物理的な接続であってもよいし、電気的な接続であってもよい。異なる実施例でも、同じ意味を有する。
【００５４】
なお、記載されている特徴、構成、または特性は、いかなる適当な方式で１つ以上の実施の形態に組み入れることができる。以下の記載において、多くの細部を提供して本開示の実施の形態をよく理解する。なお、当業者は、本開示の技術案を実践して１つ以上の特定の細部を省略し、又は他の方法、部品、装置、ステップ等を利用することができることを認識すべきである。その他の場合、本開示の各形態に影響を与えて不明にならないように、既知の技術案を詳しく示さなく、説明しない。
【００５５】
従来の技術の課題を解決するために、本発明の１つの実施例は、パワーモジュール構造を提供し、当該パワーモジュール構造は、第１の金属層、第２の金属層、第３の金属層、第４の金属層、第１のスイッチ及び第２のスイッチを含む。ここで、前記第１の金属層が第１の基準平面に設けられ、前記第２の金属層が前記第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３の金属層が第２の基準平面に設けられ、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の基準平面に設けられ前記第３の金属層に隣接し、前記第４の金属層が接続ブリッジを介して前記第２の金属層に電気的に接続され、前記第１のスイッチは、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、前記第２のスイッチは、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。さらに、パワーモジュールのインダクタンスを低減するために、前記第１の金属層及び前記第３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１の重複領域が形成され、即ち、少なくとも一部が重複され、且つ、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ため、インダクタンスの打ち消し合いを良く実現し、モジュールの寄生インダクタンスを低減する。
【００５６】
以下、図面、各実施例に基づいて、本発明の技術案を説明し、図１〜図３０に示す第１の実施例１〜第１０の実施例において、第１の金属層４１がＮ極に電気的に接続される金属層を示し、第２の金属層４２、第４の金属層４４がＯ極に電気的に接続される金属層を示し、第３の金属層４３がＰ極に電気的に接続される金属層を示す。第１のパワー端子３１がＰ極パワー端子示し、第２のパワー端子３２がＮ極パワー端子を示し、第３のパワー端子３３がＯ極パワー端子を示す。本発明はこれに限定しない。この実施例において、第１の金属層４１と第２のパワー端子３２との接続領域と、前記第３の金属層４３と第１のパワー端子３１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、重なる。
【００５７】
図１は従来の技術においてハーフブリッジモジュールの等価回路図を示す。図１に示すように、当該回路において、第１のスイッチＳ１と第２のスイッチＳ２とが直列接続し、ここで、第１のスイッチＳ１は、第１の端部及び第２の端部を含み、第２のスイッチＳ２は、第３の端部及び第４の端部を含む。Ｐ極が第１のスイッチＳ１の第１の端部に電気的に接続され、Ｎ極が第２のスイッチＳ２の第４の端部に電気的に接続され、第１のスイッチＳ１の第２の端部が第２のスイッチＳ２の第３の端部に電気的に接続され、さらに、Ｏ極に共通に電気的に接続される。
【００５８】
図２〜６は本発明の第１の実施例におけるパワーモジュール構造の模式図を示す。この実施例において、パワーモジュール構造は、平行に設けられた第１の基板２１及び第２の基板２２を含み、パワーデバイス２８は２つの基板の間に設けられ、ここで、パワーデバイス２８の数を限定しなく、例えば、３つの第１のスイッチ２８１及び３つの第２のスイッチ２８２を含む。ここで、第１のパワー端子３１が第１のスイッチ２８１の第１の端部に電気的に接続され、第２のパワー端子３２が第２のスイッチ２８２の第４の端部に電気的に接続され、第１のスイッチ２８１の第２の端部が第２のスイッチ２８２の第３の端部に電気的に接続され、さらに、第３のパワー端子３３に共通に電気的に接続される。信号端子２３とパワーデバイス２８の信号端は、ボンディングワイヤ２４を介して電気的に接続される。なお、パワーデバイス２８の第１の基板２１がある平面又は第２の基板２２がある平面への投影は、重複されなく、即ち、パワーデバイス２８が重ならないように第１の基板２１と第２の基板２２との間にタイル状に設けられる。
【００５９】
図４に示すように、パワーモジュール構造の内部において、第１の基板２１を上部基板とし、その下面を第１の基準平面とし、第２の基板２２を下部基板とし、その上面を第２の基準平面とする。第１の基準平面に隣接する第１の金属層４１及び第２の金属層４２が設けられ、第２の基準平面に隣接する第３の金属層４３及び第４の金属層４４が設けられる。ここで、第２の金属層４２と第４の金属層４４とは、接続ブリッジ２７を介して接続する。図４に示すように、接続ブリッジ２７は、異形の接続ブリッジであり、第２の金属層４２を第４の金属層４４に接続する。図６に示すように、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１の重複領域と重なり、さらに、選択可能で、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、少なくとも一部が前記第１の重複領域の範囲に入る。第１のスイッチ２８１の第１の端部が接続材料を介して第３の金属層４３に接続され、第１のスイッチ２８１の第２の端部が第１のブロック２５を介して第２の金属層４２に接続され、第２のスイッチ２８２の第４の端部が第２のブロック２６を介して第１の金属層４１に接続され、第２のスイッチ２８２の第３の端部が接続材料を介して第４の金属層４４に接続される。垂直な方向において、第１のスイッチ２８１の下に第３の金属層４３のみがあり、その上に第２の金属層４２のみがあり、第２のスイッチ２８２の上に第１の金属層４１のみがあり、その下に第４の金属層４４のみがあり、即ち、各パワーデバイス２８の垂直な方向の上下に１つのパワー電極のみがある。なお、ここの垂直な方向の上下は、ある垂直線がパワーデバイスに直交する場合、パワーデバイスの上及び下の垂直線に１つのパワー電極のみがそれぞれあり、即ち、パワーデバイスの上にパワー電極が積み重ねなく、その下にもパワー電極積み重ねない。第３の金属層４３と第１の金属層４１との第１の基準平面又は第２の基準平面への投影は、第１の重複領域があり、即ち、少なくとも一部が重複され、且つ、第１の金属層４１を流れる電流と前記第３の金属層４３を流れる電流は、反対方向の電流である。
【００６０】
図５に示すように、ここで、反対方向の電流は、第１の基準平面又は第２の基準平面に直交する少なくとも１つ第３の基準平面が存在し、それが第３の金属層４３と第１の金属層４１の第１の重複領域を直交して切断し、第３の金属層４３を流れる電流と第１の金属層４１を流れる電流が第３の基準平面を貫通する方向が、反対する。パワーモジュール内部において第３の金属層４３と第１の金属層４１とは、少なくとも一部が重複され且つ電流を流れる方向が反対するため、インダクタンスの打ち消し合いを良く実現し、モジュールの寄生インダクタンスを低減する。なお、パワーデバイス２８の上面及び下面に環境との熱交換のための放熱通路が設けられるため、両面の放熱を良く実現する。
【００６１】
図３〜図５に示すように、この実施例において、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する。ここで、第１のスイッチの領域が第１のスイッチ２８１の最小エンベロープ領域であり、第２のスイッチの領域が第２のスイッチ２８２の最小エンベロープ領域である。即ち、図４に示す視点から、第１のスイッチ２８１の最小エンベロープ領域が前記第１の重複領域の左側に位置し、第２のスイッチ２８２の最小エンベロープ領域が前記第１の重複領域の右側に位置する。
【００６２】
このように、第１のスイッチの領域と第２のスイッチの領域との両側の空き空間を有し、第１のスイッチ２８１及び第２のスイッチ２８２の信号端子の引出端の領域とすることができる。具体的に、前記第１のスイッチ２８１に第１の信号端子が接続され、前記第２のスイッチ２８２に第２の信号端子が接続される。第１のスイッチの領域及び第２のスイッチの領域を第１の重複領域の両側にそれぞれ配置し、第１の信号端子の配線の引出方向及び第２の信号端子の配線の引出方向は、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。即ち、図４の視点から、第１の信号端子の配線の引出方向は、第１のスイッチ２８１から左側に継続して延在し、第２の信号端子の配線の引出方向は、第２のスイッチ２８２から右側に継続して延在する。この構成によって、並列接続する第１のスイッチ２８１と第２のスイッチ２８２とのチップ駆動回路が一致し、チップ間の同じ駆動電圧、チップ同期オン／オフを実現し、チップ間の動的な電流の均一化をさらに最適化する。
【００６３】
この実施例において、前記第１のスイッチ２８１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２８２が第１の方向に沿ってライン状に配列される。前記第１のパワー端子３１及び第２のパワー端子３２が第１の方向に沿って引き出し、前記第３のパワー端子３３が第１の方向と反対する方向に沿って引き出す。このように、第１のパワー端子３１、第２のパワー端子３２及び第３のパワー端子３３の引出端が第１のスイッチの領域と第２のスイッチの領域の両側の空き空間を占用しなく、第１のスイッチ２８１の左側の空き空間を第１のスイッチ２８１の信号端子の配線の引出端の領域とし、第２のスイッチ２８２の右側の空き空間を第２のスイッチ２８２の信号端子の配線の引出端の領域として、並列接続する第１のスイッチ２８１及び第２のスイッチ２８２のチップ駆動回路が一致し、チップ間の同じ駆動電圧、チップ同期オン／オフを実現し、チップ間の動的な電流の均一化をさらに最適化する。
【００６４】
図６に示すように、第１の基板２１及び第２の基板２２は、絶縁層及び外金属層を有する複合基板を採用しても良いし、絶縁層を有する絶縁基板を採用しても良く、第１の金属層４１、第２の金属層４２、第３の金属層４３及び第４の金属層４４は、基板の内側に設けられた金属層である。なお、他の実施例において、当該パワーモジュール構造は、基板を設けなくても良く、基板が設けられない場合、パワーモジュールの金属層がリードフレームにより作成され、材料を節約する。パワーデバイス２８が接続材料５１１を介して第２の基板２２の内側に設けられた金属層に接続され、ここの接続材料５１１が半田、銀焼結体又は導電銀コロイドであっても良い。パワーデバイス２８は、第１のブロック２５、第２のブロック２６及び接続材料５１２を介して第１の基板２１の内側に設けられた金属層に接続され、ここで、第１のブロック２５及び第２のブロック２６は、熱及び電導体であり、例えば、共に金属ブロックを採用し、多く使用する金属ブロック材料は、銅、アルミニウム、モリブデン、タングステン、銅タングステン合金または銅モリブデン合金等である。接続ブリッジ２７は、接続材料５１３を介して第２の金属層４２及び第４の金属層４４にそれぞれ接続される。さらに、第１のブロック２５及び第２のブロック２６の厚さを調整してパワーモジュールの内部の第１の基板２１と第２の基板２２との距離を制限し、即ち、第３の金属層４３と第１の金属層４１との距離を制限することで、パワーモジュールの体積を調整するとともに、寄生インダクタンスの調整することができる。なお、上記の構成例が例示的な実施形態であり、他の実施形態において、パワーモジュール構造は多くの変形例として実施する。例えば、第１のスイッチ２８１と第１のブロック２５との位置が交換されても良く、第２のスイッチ２８２と第２のブロック２６との位置が交換されても良い。なお、ここの「基板の内側」は、基板のスイッチに近い側を指し、図６に示すように、第１の基板２１の下側及び第２の基板２２の上側である。
【００６５】
この実施例の第１のスイッチ２８１と第２のスイッチ２８２が共に縦型の素子であり、例えば、ＩＧＢＴ、ＭＯＳＦＥＴ又はダイオードである。信号端子２３とパワーデバイス２８の信号端とは、ボンディングワイヤ２４及び第２の基板２２の内側に設けられた金属層を介して接続され、なお、パワーデバイス２８の外側にＰＣＢ板を設け、信号端子２３とパワーデバイス２８との信号端がボンディングワイヤ２４及びＰＣＢ板を介して接続されても良い。第１のパワー端子３１は、第２の基板２２の内側に設けられた第３の金属層４３を介して第１のスイッチ２８１に電気的に接続され、第２のパワー端子３２は、第１の基板２１の内側に設けられた第１の金属層４１を介して第２のスイッチ２８２に電気的に接続される。第１のスイッチ２８１と第２のスイッチ２８２とは、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の内側に設けられた第４の金属層４４を介してブリッジ２７に接続され、又は接続ブリッジ２７に直接に接続され、又はブリッジ２７と一体化する。ここで、第１のパワー端子３１及び第２のパワー端子３２の第１の基準平面又は第２の基準平面への投影は、少なくとも一部が重複されて、寄生インダクタンスをさらに低減させることができる。この実施例において、接続ブリッジ２７は、第１のスイッチ２８１と第２のスイッチ２８２との間に均一に分布されて、より小さい寄生インダクタンスを実現する。ここで、接続ブリッジ２７が金属材料より作成され、当該金属材料は、銅、アルミニウム、モリブデン、タングステン、銅タングステン合金または銅モリブデン合金等である。
【００６６】
図７〜９は本発明の第２の実施例におけるパワーモジュール構造の模式図を示す。第２の実施例が第１の実施例におけるパワーモジュール構造に類似し、第１のスイッチ２８１と第２のスイッチ２８２との間が接続ブリッジ２７を介して電気的に接続される。相違点として、接続ブリッジ２７が第１のスイッチ２８１と第２のスイッチ２８２との同じ側に集中して設けられ、即ち、第１のスイッチ２８１と第２のスイッチ２８２との間の一部の領域又は外部に集中して設けられる。例えば、この実施例において、３つのペアのパワーデバイスは、２つの列に並列に配列され、各ペアの第１のスイッチ２８１が第１の列に配列され、第２のスイッチ２８２が第１の列に平行する第２の列に配列され、各ペアの２つのパワーデバイスが左右に対向するように配置され、接続ブリッジ２７が第１の列と第２の列との対称線に位置し、且つすべてのパワーデバイス２８の外部に設けられる。接続ブリッジ２７を第１のスイッチ２８１と第２のスイッチ２８２との間の一部の領域又は外部に配置するため、電流の均一化の効果を良く実現することができる。
【００６７】
図９が図７のＢ−Ｂ方向の断面図であり、パワーデバイス２８は、その１つ垂直方向の上下に１つのパワー電極のみがそれぞれあり、モジュールの内部において第３の金属層４３及び第１の金属層４１の第１の基準平面又は第２の基準平面への投影は、第１の重複領域が形成され、且つ第１の金属層４１を流れる電流と第３の金属層４３を流れる電流が反対方向の電流であるため、インダクタンスの打ち消し合いを良く実現し、モジュールの寄生インダクタンスを低減する。
【００６８】
図１０〜１１は本発明の第３の実施例におけるパワーモジュール構造の模式図を示す。第３の実施例が第１の実施例におけるパワーモジュール構造に類似する。相違点として、第１のパワー端子３１及び第２のパワー端子３２の第１の基準平面又は第２の基準平面への投影は、重複されない。パワーデバイス２８は、その垂直方向の上下に１つのパワー電極のみがそれぞれあり、モジュールの内部において第３の金属層４３及び第１の金属層４１の第１の基準平面又は第２の基準平面への投影は、第１の重複領域があり、且つ第１の金属層４１を流れる電流と第３の金属層４３を流れる電流は、反対方向の電流であるため、インダクタンスの打ち消し合いを良く実現し、モジュールの寄生インダクタンスを低減する。
【００６９】
図１２は本発明の第４の実施例におけるパワーモジュール構造の模式図を示す。第４の実施例が第１の実施例におけるパワーモジュール構造に類似する。相違点として、図１２の第１のスイッチ２８１と第２のスイッチ２８２がとも平面型の素子、例えばＧａＮデバイスである。このタイプのパワーデバイスのパワー電極がデバイスの片側からファンアウトされ、パワー電極の引き出す側を電極付け層、反対する側を電極無し層と言う。第１のスイッチ２８１と第２のスイッチ２８２とが同一の基板に接続され、パワーデバイス２８の電極無し層が基板に接続されても良いし、パワーデバイス２８の電極付け層が基板に接続されても良い。図１２は第１のスイッチ２８１の電極付け層が下部基板２２に接続されることを示す。
【００７０】
この実施例におけるパワーモジュール構造は、第３のブロック６３、第１の接続カラム６１及び第２の接続カラム６２を含む。ここで、第１のスイッチ２８１の第１の端部２８１１が第３の金属層４３に接続され、第１のスイッチ２８１の第２の端部２８１２が第１の接続金属層４５に接続され、第１の接続金属層４５が第２の基準平面に設けられ第３の金属層に隣接し、第１の接続カラム６１が第１の接続金属層４５及び第２の金属層４２に接続される。第２のスイッチ２８２の第３の端部２８２１が第３のブロック６３に接続され、第３のブロック６３が第２の接続金属層４６に接続され、第２の接続金属層４６が第１の基準平面に設けられ第１の金属層４１に隣接し、第２の接続カラム６２が第２の接続金属層４６及び第４の金属層４４接続され、第２のスイッチ２８２の第４の端部２８２２が第２のブロック２６に接続され、第２のブロック２６が第１の金属層４１に接続される。
【００７１】
この実施例において、第１のブロック２５は、金属ブロック又は熱伝導絶縁材料ブロックであり、第２のブロック２６及び第３のブロック６３は、ともに金属ブロックである。ここで、熱伝導絶縁材料は、アルミナ、酸化ベリリウム、窒化アルミニウム又はＤＢＣである。パワーデバイス２８は、その垂直方向の上下に１つのパワー電極のみがそれぞれあり、モジュールの内部において第３の金属層４３及び第１の金属層４１の第１の基準平面又は第２の基準平面への投影は、第１の重複領域があり、且つ第１の金属層４１を流れる電流と第３の金属層４３を流れる電流は反対方向の電流であるため、インダクタンスの打ち消し合いを良く実現し、モジュールの寄生インダクタンスを低減する。
【００７２】
図１３は本発明の第５の実施例におけるパワーモジュール構造の模式図を示す。第５の実施例が第４の実施例におけるパワーモジュール構造に類似し、第１のスイッチ２８１及び第２のスイッチ２８２は、ともに平面型の素子である。相違点として、図１３の第１のスイッチ２８１及び第２のスイッチ２８２は、第２の基板２２及び第１の基板２１にそれぞれ設けられる。ここで、第１のスイッチ２８１が第２の基板２２に設けられ、且つ、電極付き層が第２の基板２２の内側に設けられた金属層に接続され、第２のスイッチ２８２が第１の基板２１に設けられ、且つ、電極付き層が第１の基板２１の内側に設けられた金属層に接続される。本願はこれに限定しない。
【００７３】
この実施例におけるパワーモジュール構造は、さらに、第１の接続カラム６１及び第２の接続カラム６２を含む。ここで、第１のスイッチ２８１の第１の端部２８１１が第３の金属層４３に接続され、第１のスイッチ２８１の第２の端部２８１２が第１の接続金属層４５に接続され、第１の接続金属層４５が第２の基準平面に設けられ第３の金属層４３に隣接し、第１の接続カラム６１が第１の接続金属層４５及び第２の金属層４２に接続される。第２のスイッチ２８２の第３の端部２８２１が第２の接続金属層４６接続され、第２の接続金属層４６が第１の基準平面に設けられ第１の金属層４１に隣接し、第２の接続カラム６２が第２の接続金属層４６及び第４の金属層４４に接続され、第２のスイッチ２８２の第４の端部２８２２が第１の金属層４１に接続される。
【００７４】
この実施例において、第１のブロック２５は、金属ブロック又は熱伝導絶縁材料ブロックであり、第２のブロック２６は、金属ブロック又は熱伝導絶縁材料ブロックである。パワーデバイス２８は、その垂直方向の上下に１つのパワー電極のみがそれぞれあり、モジュールの内部において、第３の金属層４３及び第１の金属層４１の第１の基準平面又は第２の基準平面への投影は、第１の重複領域があり、且つ、第１の金属層４１を流れる電流と第３の金属層４３を流れる電流は反対方向の電流であるため、インダクタンスの打ち消し合いを良く実現し、モジュールの寄生インダクタンスを低減する。
【００７５】
図１４はクランプコンデンサを含む等価回路図を示す。モジュール内にクランプコンデンサＣｉｎが配置され、デバイスオフする時に、対応する高周波回路で囲われた面積が小さくなり、回路の寄生インダクタンスも小さくなる。具体的に、モジュール内にクランプコンデンサＣｉｎが配置されない場合、回路の寄生インダクタンス値がＬｏｕｔ＋Ｌｉｎであり、モジュール内にクランプコンデンサＣｉｎが配置された場合、回路の寄生インダクタンス値がＬｉｎになり、インダクタンス値が小さくなる。
【００７６】
図１５は本発明の第６の実施例におけるクランプコンデンサを含むパワーモジュール構造の模式図を示す。第６の実施例が第１の実施例におけるパワーモジュール構造に類似する。相違点として、当該パワーモジュール構造は、さらに、クランプコンデンサ５２を含み、クランプコンデンサ５２は、第１の基準平面と第２の基準平面との間に設けられ、且つ、第３の金属層４３と第１の金属層４１との間に電気的に接続される。
【００７７】
この実施例において、クランプコンデンサ５２は、横臥型のクランプコンデンサであり、当該パワーモジュール構造は、さらに、コンデンサ接続ブロック５３を含む。ここで、クランプコンデンサ５２及びコンデンサ接続ブロック５３は、接続ブリッジ２７の外側に位置し、クランプコンデンサ５２の一端が第３の金属層４３に電気的に接続され、他端が対応するコンデンサ接続ブロック５３を介して第１の金属層４１に電気的に接続される。パワーデバイス２８は、その垂直方向の上下に１つのパワー電極のみがそれぞれあり、モジュールの内部において、第３の金属層４３及び第１の金属層４１の第１の基準平面又は第２の基準平面への投影は、第１の重複領域があり、第１の金属層４１を流れる電流と第３の金属層４３を流れる電流は反対方向の電流であるため、インダクタンスの打ち消し合いを良く実現し、モジュールの寄生インダクタンスを低減する。モジュールの内部においてＰ極とＮ極との間にクランプコンデンサ５２が設けられて、寄生インダクタンスをさらに低減することができる。
【００７８】
図１６〜１８は本発明の第７の実施例におけるパワーモジュール構造の模式図を示す。第７の実施例が第６の実施例におけるパワーモジュール構造に類似し、クランプコンデンサ５２及びコンデンサ接続ブロック５３を含み、当該クランプコンデンサ５２が横臥型のクランプコンデンサである。相違点として、接続ブリッジ２７の外側にクランプコンデンサ５２が設けられるとともに、接続ブリッジ２７の内部を空けて中空部２７１を形成し、クランプコンデンサ５２及びコンデンサ接続ブロック５３を当該中空部２７１にも配置する。具体的に、接続ブリッジ２７の中空部２７１において、クランプコンデンサ５２の一端が接続材料を介して第３の金属層４３に電気的に接続され、クランプコンデンサ５２の他端が第３の接続金属層５４、第３の接続金属層５４に設けられたコンデンサ接続ブロック５３及び接続材料を介して第１の金属層４１に電気的に接続される。第６の実施例の技術案と比べ、接続ブリッジ２７の外側及び中空部２７１にクランプコンデンサ５２を配置することで、高周波回路で囲われた面積が小さくなり、回路のインダクタンスが低減する。
【００７９】
図１８は図１６のＤ−Ｄ方向の断面図である。パワーデバイス２８は、その垂直方向の上下に１つのパワー電極のみがそれぞれあり、モジュールの内部において、第３の金属層４３及び第１の金属層４１の第１の基準平面又は第２の基準平面への投影は、第１の重複領域があり、且つ第１の金属層４１を流れる電流と第３の金属層４３を流れる電流は反対方向の電流であるため、インダクタンスの打ち消し合いを良く実現し、モジュールの寄生インダクタンスを低減する。モジュールの内部において、Ｐ極とＮ極との間にクランプコンデンサ５２が設けられて、寄生インダクタンスをさらに低減することができる。
【００８０】
図１９〜２０は本発明の第８の実施例におけるパワーモジュール構造の模式図を示す。第８の実施例が第２の実施例の構成に類似し、接続ブリッジ２７は、第１のスイッチ２８１及び第２のスイッチ２８２の同じ側に集中して設けられる。相違点として、当該パワーモジュール構造は、クランプコンデンサ５２及びコンデンサ接続ブロック５３をさらに含み、当該クランプコンデンサ５２が横臥型のクランプコンデンサである。ここで、クランプコンデンサ５２及びコンデンサ接続ブロック５３は、第１のスイッチ２８１と第２のスイッチ２８２との間の接続ブリッジ２７の以外の位置に均一に分布され、クランプコンデンサ５２の一端が接続材料を介して第３の金属層４３に電気的に接続され、他端がコンデンサ接続ブロック５３及び接続材料を介して第１の金属層４１に電気的に接続される。
【００８１】
図２０は図１９のＥ−Ｅ方向の断面図である。パワーデバイス２８は、その垂直方向の上下に１つのパワー電極のみがそれぞれあり、モジュールの内部において、第３の金属層４３及び第１の金属層４１の第１の基準平面又は第２の基準平面への投影は、第１の重複領域があり、且つ第１の金属層４１を流れる電流と第３の金属層４３を流れる電流は反対方向の電流であるため、インダクタンスの打ち消し合いを良く実現し、モジュールの寄生インダクタンスを低減する。モジュールにおいてＰ極とＮ極との間にクランプコンデンサ５２を設けることで、寄生インダクタンスをさらに低減する。
【００８２】
図２１〜２２は本発明の第９の実施例におけるパワーモジュール構造の模式図を示す。第９の実施例が第２の実施例の構成に類似し、接続ブリッジ２７は、第１のスイッチ２８１及び第２のスイッチ２８２の同じ側に集中して設けられる。相違点として、当該パワーモジュール構造は、クランプコンデンサ５２をさらに含み、且つ、当該クランプコンデンサ５２がアップライト型のクランプコンデンサである。ここで、クランプコンデンサ５２は、第１のスイッチ２８１と第２のスイッチ２８２との間の接続ブリッジ２７以外の位置に均一に分布され、クランプコンデンサ５２の一端が接続材料を介して第３の金属層４３に電気的に接続され、他端が接続材料を介して第１の金属層４１に電気的に接続される。
【００８３】
図２２は図２１のＦ−Ｆ方向の断面図である。パワーデバイス２８は、その垂直方向の上下に１つのパワー電極のみがそれぞれあり、モジュール内部において、第３の金属層４３と第１の金属層４１の第１の基準平面又は第２の基準平面への投影は、第１の重複領域があり、且つ第１の金属層４１を流れる電流と第３の金属層４３を流れる電流は反対方向の電流であるため、インダクタンスの打ち消し合いを良く実現し、モジュールの寄生インダクタンスを低減する。モジュールにおいてＰ極とＮ極との間にクランプコンデンサ５２を設けることで、寄生インダクタンスをさらに低減する。
【００８４】
以下、図２３〜３０を参照し、本発明の第１０の実施例を説明する。図２３は
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。
【００８５】
この実施例において、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１の重複領域と重ならない。さらに、図２５に示すように、第１の金属層４１と第２のパワー端子３２との接続領域と前記第３の金属層４３と第１のパワー端子３１との接続領域とは、重なる。
【００８６】
図２９に示すように、第１の金属層４１を流れる電流と第３の金属層４３を流れる電流は反対方向の電流である。実施例１と同様に、パワーモジュール内部において、第３の金属層４３と第１の金属層４１は、少なくとも一部が重複され且つ電流が反対方向の電流であるため、インダクタンスの打ち消し合いを良く実現し、モジュールの寄生インダクタンスを低減する。
【００８７】
この実施例において、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。図３０に示すように、第１の金属層４１と第２の金属層４２との境界をジグザグ状の境界に形成し、第１の金属層４１及び第２の金属層４２が前方へ交替して突出し、同様に、第３の金属層４３と第４の金属層４４との境界をジグザグ状の境界に形成し、第３の金属層４３及び第４の金属層４４が前方へ交替して突出し、第１の金属層４１の境界の突出部分及び第３の金属層４３の境界の突出部分の前記第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の重複領域が形成し、第２の金属層４２の境界の突出部分及び第４の金属層４４の境界の突出部分の前記第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の重複領域が形成する。接続ブリッジ２７の数及び分布方式は図３０に限定しない。好ましい実施形態において、柱状の接続ブリッジ２７は、第１のスイッチ２８１と第２のスイッチ２８２との間に均一に分布されて、より小さい寄生インダクタンスを実現することができる。これに対応し、第１の重複領域及び第２の重複領域は、第１のスイッチ２８１と第２のスイッチ２８２との間に均一に分布される。ここで、柱状の接続ブリッジ２７が金属材料により作成され、当該金属材料は、銅、アルミニウム、モリブデン、銅タングステン合金または銅モリブデン合金などである。
【００８８】
以下、図３１及び図３２を参照し、本発明の第１１の実施例及び第１２の実施例を説明する。
【００８９】
図３１は本発明の第１１の実施例におけるパワーモジュール構造の模式図を示す。この実施例において、第１の金属層７１は、Ｏ極に電気的に接続される金属層を示し、第２の金属層７２及び第４の金属層７４は、Ｐ極に電気的に接続される金属層を示し、第３の金属層７３は、Ｎ極に電気的に接続される金属層を示す。本発明はこれに限定しない。
【００９０】
この実施例において、第１の金属層７１が第１の基準平面に設けられ、第２の金属層７２及び第３の金属層７３が第２の基準平面に設けられ、第２の基準平面が第１の基準平面と平行となり、第４の金属層７４が第１の基準平面と第２の基準平面との間に設けられ、さらに、第１の基準平面及び第２の基準平面と平行となり、ここで、第４の金属層７４が第２の金属層７２に電気的に接続される。
【００９１】
第１のスイッチ２８１は、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７２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７１に電気的に接続され、第２のスイッチ２８２は、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７１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７３に電気的に接続される。ここで、前記第４の金属層７４及び前記第３の金属層７３の第１の基準平面又は第２の基準平面への投影は、重複領域があり、且つ、前記第４の金属層７４を流れる電流と前記第３の金属層７３を流れる電流は、反対方向の電流であるため、インダクタンスの打ち消し合いを良く実現し、モジュールの寄生インダクタンスを低減する。なお、第４の金属層７４と第３の金属層７３との距離が近いため、寄生インダクタンスの打ち消し合いを良く実現することができる。
【００９２】
ここで、反対方向の電流は、第１の基準平面又は第２の基準平面に直交する少なくとも１つ第３の基準平面が存在し、それが第４の金属層７４と第３の金属層７３との重複領域を直交して切断し、第４の金属層７４を流れる電流と第３の金属層７３を流れる電流が第３の基準平面を貫通する方向が、反対する。パワーモジュールの内部において第４の金属層７４と第３の金属層７３とは、少なくとも一部が重複され且つ電流を流れる方向が反対するため、インダクタンスの打ち消し合いを良く実現し、モジュールの寄生インダクタンスを低減する。なお、第１のスイッチ２８１及び第２のスイッチ２８２の上面及び下面に環境との熱交換のための放熱通路が設けられるため、両面の放熱を良く実現する。
【００９３】
第１の実施例と同様に、図３１に示すように、この実施例において、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する。ここで、第１のスイッチの領域が第１のスイッチ２８１の最小エンベロープ領域であり、第２のスイッチの領域が第２のスイッチ２８２の最小エンベロープ領域である。即ち、図３１の視点から、第１のスイッチ２８１の最小エンベロープ領域は、前記重複領域の左側に位置し、第２のスイッチ２８２の最小エンベロープ領域は、前記重複領域の右側に位置する。
【００９４】
このように、第１のスイッチの領域と第２のスイッチの領域との両側の空き空間を有し、第１のスイッチ２８１及び第２のスイッチ２８２の信号端子の引出端の領域とする。具体的に、前記第１のスイッチ２８１に第１の信号端子が接続され、前記第２のスイッチ２８２に第２の信号端子が接続される。第１のスイッチの領域及び第２のスイッチの領域を第１の重複領域の両側にそれぞれ配置し、第１の信号端子の配線の引出方向及び第２の信号端子の配線の引出方向は、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。即ち、図３１の視点から、第１の信号端子の配線の引出方向は、第１のスイッチ２８１から左側に継続して延在し、第２の信号端子の配線の引出方向は、第２のスイッチ２８２から右側に継続して延在する。この構成によって、並列接続する第１のスイッチ２８１と第２のスイッチ２８２とのチップ駆動回路が一致し、チップ間の同じ駆動電圧、チップ同期オン／オフを実現し、チップ間の動的な電流の均一化をさらに最適化する。
【００９５】
この実施例において、さらに、前記第１のスイッチ２８１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２８２が第１の方向に沿ってライン状に配列される。前記第１のパワー端子３１及び第２のパワー端子３２が第１の方向に沿って引き出し、前記第３のパワー端子３３が第１の方向と反対する方向に沿って引き出す。このように、第１のパワー端子３１、第２のパワー端子３２及び第３のパワー端子３３の引出端が第１のスイッチの領域と第２のスイッチの領域の両側の空き空間を占用しなく、第１のスイッチ２８１の左側の空き空間を第１のスイッチ２８１の信号端子の配線の引出端の領域とし、第２のスイッチ２８２の右側の空き空間を第２のスイッチ２８２の信号端子の配線の引出端の領域として、並列接続する第１のスイッチ２８１及び第２のスイッチ２８２のチップ駆動回路が一致し、チップ間の同じ駆動電圧、チップ同期オン／オフを実現し、チップ間の動的な電流の均一化をさらに最適化する。
【００９６】
同様、第１のスイッチ２８１及び第２のスイッチ２８２の数を限定しなく、要求に応じて選択することができる。当該パワーモジュール構造の上下に第１の基板２１及び第２の基板２２をそれぞれ設けてもよいし、基板を設けなくても良く、基板が設けられない場合、パワーモジュールの金属層がリードフレームにより作成され、材料を節約する。第１のスイッチ２８１が接続材料を介して第２の基板２２の内側に設けられた金属層に接続され、第２のスイッチ２８２が接続材料を介して第１の基板２１の内側に設けられた金属層に接続され、当該接続材料は、半田、銀焼結体又は導電銀コロイドであっても良い。第１のスイッチ２８１は、第１のブロック２５を介して第１の基板２１の内側に設けられた金属層に接続され、第２のスイッチ２８２は、第２のブロック２６を介して第２の基板の内側に設けられた金属層に接続される。同様、他の実施例において、第１のスイッチ２８１と第１のブロック２５の位置が交換されても良く、第２のスイッチ２８２と第２のブロック２６との位置が交換されても良い。第１のスイッチ２８１及び第２のスイッチ２８２は、上記の実施例に記載されるように、例えば、縦型又は平面型の素子であり、例えば、ＩＧＢＴ、ＭＯＳＦＥＴ、ダイオード又はＧａＮデバイス等である。他の実施例において、この実施例の上で、第３のブロック６３、第１の接続カラム６１、第２の接続カラム６２及びクランプコンデンサ５２等を追加しても良い。
【００９７】
図３２は本発明の第１２の実施例におけるパワーモジュール構造の模式図を示す。この実施例において、第１の金属層８１は、Ｏ極に電気的に接続される金属層を示し、第２の金属層８２は、Ｐ極に電気的に接続される金属層を示し、第３の金属層８３及び第４の金属層８４は、Ｎ極に電気的に接続される金属層を示す。本発明はこれに限定しない。
【００９８】
この実施例において、第１の金属層８１が第１の基準平面に設けられ、第２の金属層８２及び第３の金属層８３が第２の基準平面に設けられ、第２の基準平面が第１の基準平面と平行となり、第４の金属層８４が第１の基準平面と第２の基準平面との間に設けられ、さらに、第１の基準平面及び第２の基準平面と平行となり、ここで、第４の金属層８４が第３の金属層８３に電気的に接続される。
【００９９】
第１のスイッチ２８１は、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８２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８１に電気的に接続され、第２のスイッチ２８２は、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７１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８３に電気的に接続される。ここで、前記第４の金属層８４及び前記第２の金属層８２の第１の基準平面又は第２の基準平面への投影は、重複領域があり、且つ、前記第４の金属層８４を流れる電流及び前記第２の金属層８２を流れる電流は、反対方向の電流であるため、インダクタンスの打ち消し合いを良く実現し、モジュールの寄生インダクタンスを低減する。なお、第４の金属層８４と第２の金属層８２との距離が近いため、寄生インダクタンスの打ち消し合いを良く実現することができる。
【０１００】
ここで、反対方向の電流は、第１の基準平面又は第２の基準平面に直交する少なくとも１つ第３の基準平面が存在し、それが第４の金属層８４と第２の金属層８２との重複領域を直交して切断し、第４の金属層８４を流れる電流と第３の金属層８３を流れる電流が、第３の基準平面を貫通する方向が反対する。パワーモジュールの内部において第４の金属層８４と第２の金属層８２とは、少なくとも一部が重複され且つ電流を流れる方向が反対するため、インダクタンスの打ち消し合いを良く実現し、モジュールの寄生インダクタンスを低減する。なお、第１のスイッチ２８１及び第２のスイッチ２８２の上面及び下面に環境との熱交換のための放熱通路が設けられるため、両面の放熱を良く実現する。
【０１０１】
第１の実施例と同様、図３２に示すように、この実施例において、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する。ここで、第１のスイッチの領域は、第１のスイッチ２８１の最小エンベロープ領域であり、第２のスイッチの領域は、第２のスイッチ２８２の最小エンベロープ領域である。即ち、図３２の視点から、第１のスイッチ２８１の最小エンベロープ領域は、前記重複領域の左側に位置し、第２のスイッチ２８２の最小エンベロープ領域は、前記重複領域の右側に位置する。
【０１０２】
このように、第１のスイッチの領域と第２のスイッチの領域との両側の空き空間を有し、第１のスイッチ２８１及び第２のスイッチ２８２の信号端子の引出端の領域とする。具体的に、前記第１のスイッチ２８１に第１の信号端子が接続され、前記第２のスイッチ２８２に第２の信号端子が接続される。第１のスイッチの領域及び第２のスイッチの領域を重複領域の両側にそれぞれ配置し、第１の信号端子の配線の引出方向及び第２の信号端子の配線の引出方向は、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。即ち、図３２の視点から、第１の信号端子の配線の引出方向は、第１のスイッチ２８１から左側に継続して延在し、第２の信号端子の配線の引出方向は、第２のスイッチ２８２から右側に継続して延在する。この構成によって、並列接続する第１のスイッチ２８１と第２のスイッチ２８２とのチップ駆動回路が一致し、チップ間の同じ駆動電圧、チップ同期オン／オフを実現し、チップ間の動的な電流の均一化をさらに最適化する。
【０１０３】
この実施例において、さらに、前記第１のスイッチ２８１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２８２が第１の方向に沿ってライン状に配列される。前記第１のパワー端子３１及び第２のパワー端子３２が第１の方向に沿って引き出し、前記第３のパワー端子３３が第１の方向と反対する方向に沿って引き出す。即ち、第１のパワー端子３１と第２のパワー端子３２は、第３のパワー端子３３と反対する方向に引き出す。このように、第１のパワー端子３１、第２のパワー端子３２及び第３のパワー端子３３の引出端が第１のスイッチの領域と第２のスイッチの領域の両側の空き空間を占用しなく、第１のスイッチ２８１の左側の空き空間を第１のスイッチ２８１の信号端子の配線の引出端の領域とし、第２のスイッチ２８２の右側の空き空間を第２のスイッチ２８２の信号端子の配線の引出端の領域として、並列接続する第１のスイッチ２８１及び第２のスイッチ２８２のチップ駆動回路が一致し、チップ間の同じ駆動電圧、チップ同期オン／オフを実現し、チップ間の動的な電流の均一化をさらに最適化する。
【０１０４】
同様、第１のスイッチ２８１及び第２のスイッチ２８２の数を限定しなく、要求に応じて選択することができる。当該パワーモジュール構造の上下に第１の基板２１及び第２の基板２２をそれぞれ設けてもよいし、基板を設けなくても良く、基板が設けられない場合、パワーモジュールの金属層がリードフレームにより作成され、材料を節約する。第１のスイッチ２８１が接続材料を介して第２の基板２２の内側に設けられた金属層に接続され、第２のスイッチ２８２が接続材料を介して第１の基板２１の内側に設けられた金属層に接続され、当該接続材料が半田、銀焼結体又は導電銀コロイドであっても良い。第１のスイッチ２８１は、第１のブロック２５及び接続材料を介して第１の基板２１の内側に設けられた金属層に接続される。第２のスイッチ２８２は、第２のブロック２６を介して第２の基板２２の内側に設けられた金属層に接続される。同様、他の実施例において、第１のスイッチ２８１と第１のブロック２５の位置が交換されてもよく、第２のスイッチ２８２と第２のブロック２６の位置が交換されても良い。第１のスイッチ２８１及び第２のスイッチ２８２は、上記の実施例に記載されるように、例えば、縦型又は平面型の素子であり、例えば、ＩＧＢＴ、ＭＯＳＦＥＴ、ダイオード又はＧａＮデバイス等である。他の実施例において、この実施例の上で、第３のブロック６３、第１の接続カラム６１、第２の接続カラム６２及びクランプコンデンサ５２等を追加しても良い。
【０１０５】
図３３及び図３４は本発明の各実施例に使用する第１のブロックの構成の模式図を示す。ここで、第１の実施例における第１のブロックの接続関係を例とし、なお、ここの第１のブロックの構成は上記の各実施例に応用されて、新しい技術案を構成しても、本発明の保護範囲に属する。
【０１０６】
図３３に示すように、第１のブロック２５は、第１のスイッチ２８１と接触する第１のブロック平面２５１及び第２の金属層４２と接触する第２のブロック平面２５２を含み、前記第２のブロック平面２５２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２５１の前記第１の基準平面への投影より大きい。具体的に、第１のスイッチ２８１の第１の端部が接続材料５１１を介して第３の金属層４３に接続され、第１のスイッチ２８１の第２の端部が接続材料５１４を介して第１のブロック２５の第１のブロック平面２５１に接続され、第１のブロック２５の第２のブロック平面２５２が接続材料５１２を介して第２の金属層４２に接続される。なお、ここの接触は、間接の接触を指し、即ち、接続材料の接続を介して接触する。この構成によって、放熱性能を向上するとともに、構成の強度を強化することができる。
【０１０７】
好ましくは、前記第２のブロック平面２５２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２５１の前記第１の基準平面のへ投影する端側よりも、外部にｄ１突出する。即ち、図３４の視点から、第２のブロック平面２５２の右側は、第１のブロック平面２５１の右側よりも外部にｄ１突出する。ここで、好ましくは、距離ｄ１が０．５〜５ｍｍであるが、本発明はこれに限定しない。この構成によって、第１のブロック２５と金属層（この実施例は第２の金属層４２であり、他の実施例は、接続材料を介して第１のブロック２５に接続される金属層である）との接触の面積を増大させ、第１のブロック２５と金属層との結合強度を向上する。
【０１０８】
前記第１のブロック２５の第１のブロック平面２５１の少なくとも１つの端側に前記第２のブロック平面２５２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２５１に接続される第４のブロック平面２５４と第４のブロック平面２５４に接続される第３のブロック平面２５３を含み、好ましくは、前記第３のブロック平面２５３と前記第１のブロック平面２５１とのピッチｄ３が０．１ｍｍより大きく、前記第３のブロック平面２５３と前記第２のブロック平面２５２とのピッチｄ２が０．５ｍｍより大きいが、本発明はこれに限定しない。
【０１０９】
以上は第１のブロック２５の１つの実施形態である。なお、第１のブロック２５は、図３５〜図４３に示す各実施形態を採用してもよい。
【０１１０】
図３５に示すように、第１のブロック２５の第２の平面２５２の第１のブロック平面２５１への投影は、第１のブロック平面２５１と重複してもよい。
【０１１１】
第１のブロック２５の第２のブロック平面２５２と第２の金属層４２との結合の面積を増えるために、第２のブロック平面２５２の第１のブロック平面２５１への投影は、第１のブロック平面２５１から突出してもよく、図３６は１つの辺が突出する構成を示す。さらに、図３７及び図３８に示すように、第２のブロック平面２５２の第１のブロック平面２５１への投影は、第１のブロック平面２５１の２つの辺が突出してもよい。さらに、図３９に示すように、第２のブロック平面２５２の第１のブロック平面２５１への投影は、第１のブロック平面２５１の３つの辺が突出してもよい。
【０１１２】
第２のブロック平面２５２の第１のブロック平面２５１への投影は、第１のブロック平面２５１の４つの辺が突出してもよい。ここで、第１のスイッチ２８１は、第２の端部の隣に信号接続端子がある。当該信号接続端子は、図４０に示すように、第１のスイッチ２８１のエッジの中央に設けられてもよく、図４１に示すように、第１のスイッチ２８１の角部に設けられてもよい。
【０１１３】
上記の構成において、第４のブロック平面と第３のブロック平面との接続の渡りは９０°直角であり、図４２に示すように、丸コーナーであってもよいし、図４３に示すように、９０°より大きいものであってもよい。
【０１１４】
なお、第２のブロック２６の構成は、第１のブロック２５に類似する構成を採用してもよい。例えば、前記第２のブロック２６は、前記第２のスイッチ２８２と接触する第５のブロック平面及び前記第４の金属層４４又は前記第１の金属層４１（実施例によって、第６のブロック平面と接触する金属層が異なる可能性がある）と接触する第６のブロック平面を含み、前記第６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５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。前記第６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５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部に０．５〜５ｍｍに突出し、これによって、第６のブロック平面と接続する金属層との間の接触の面積及び構成の強度を向上する。
【０１１５】
この実施例において、前記第２のブロックの第５のブロック平面の少なくとも１つの端側に、前記第６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５のブロック平面に接続される第８のブロック平面と第８のブロック平面に接続される第７のブロック平面を含み、前記第７のブロック平面と前記第５のブロック平面とのピッチが０．１ｍｍより大きく、前記第７のブロック平面と前記第６のブロック平面とのピッチが０．５ｍｍより大きい。
【０１１６】
さらに、第２のブロック２６は、図３５〜４３に示すブロックの構成を採用してもよい。第１の実施例を参照し、上記の第１のブロック和第２のブロックを説明したが、第２の実施例〜第１０の実施例を結合して、異なる技術案を構成しても、本発明の保護範囲に属する。
【０１１７】
なお、第１１の実施例及び第１２の実施例の第１のブロック２５及び第２のブロック２６は、図３５〜４３に示すブロックの構成を採用し、各実施例の変形を結合し、異なる技術案を構成しても、本発明の保護範囲に属する。
【０１１８】
以上のように、本発明の各実施例におけるパワーモジュール構造を採用し、Ｐ極金属層及びＮ極金属層の前記第１の基準平面又は前記第２の基準平面への投影は、重複領域があり、且つＰ極を流れる電流とＮ極を流れる電流は、反対方向の電流であるため、インダクタンスの打ち消し合いを良く実現し、モジュールの寄生インダクタンスを低減する。
【０１１９】
本発明は、上記の実施例によって記載されるが、上記の実施例が本発明を実施するための例示的なものであり、本発明を限定しないものではない。逆に、その要旨を逸脱しない範囲内で種々変形、改良は、本発明の範囲に属する。
【符号の説明】
【０１２０】
２１  上部基板
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）
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
2020013987.tif 000019
【図１７】
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【図１８】
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【図１９】
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【図２０】
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【図２１】
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【図２２】
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【図２３】
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【図２４】
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【図２５】
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【図２６】
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【図２７】
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【図２８】
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【図２９】
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【図３０】
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【図３１】
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【図３２】
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【図３３】
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【図３４】
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【図３５】
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【図３６】
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【図３７】
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【図３８】
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【図３９】
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【図４０】
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【図４１】
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【図４２】
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【図４３】
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