(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
１個以上の第１のダイオードチップと、１個の第２のダイオードチップとを電気的に直列接続してなるダイオードモジュールにおいて、
実装基板と、
前記実装基板に設けられた配線層と、
前記配線層の一の位置に少なくとも１個以上の前記第１のダイオードチップが積層され、前記配線層の他の位置に前記第２のダイオードチップ及び前記一の位置に配置された前記第１のダイオードチップと異なる前記第１のダイオードチップが少なくとも１個以上積層され、
前記第１のダイオードチップは、前記第２のダイオードチップより耐圧が高く、前記第２のダイオードチップは、前記第１のダイオードチップより逆方向回復時間が短いことを特徴とするダイオードモジュール。
【請求項２】
前記配線層上の前記一の位置と前記他の位置とを含む領域に前記第２のダイオードが積層されており、
前記一の位置における前記第１のダイオードチップと前記第２のダイオードチップとが、順方向の向きが同一となるように積層され、前記他の位置における前記第１のダイオードチップが前記第２のダイオードチップと順方向の向きが同一となるように積層されている
ことを特徴とする請求項１に記載のダイオードモジュール。
【請求項３】
前記実装基板上に、前記第１のダイオードチップまたは前記第２のダイオードチップの絶縁保護膜を有する電極面を、導電性材料を介して接続してなることを特徴とする請求項１または請求項２に記載のダイオードモジュール。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ダイオードモジュールに関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来、電気機器や光学機器等において、様々なダイオードが使用されている（特許文献１〜４等参照）。
例えば、電気機器に用いられるダイオードには、商用周波数程度の周波数に対応して動作する整流用、高周波回路に用いられる高周波用、電気回路に過大な電流が進入するのを防止する過電流防止用等の用途があり、それぞれ、一般ダイオード、ショットキーバリアダイオード（ＳＢＤ）やファストリカバリダイオード（ＦＲＤ）等の高速ダイオード、ツェナーダイオードと使い分けがなされている（特許文献５）。
【０００３】
近年、これらのダイオードをモジュール化したダイオードモジュールが実用に供されている。このダイオードモジュールは、ダイオードをチップ化したダイオードチップを実装基板の配線上に搭載したもので、用途に応じてダイオードチップを選択することで、様々な用途に対応することができる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開平７−５８４００号公報
【特許文献２】特開２００４−３１１６８５号公報
【特許文献３】特開２００７−１７３２６９号公報
【特許文献４】特開昭５９−１７１１７３号公報
【特許文献５】特開昭５８−１６９９６９号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
ところで、一般ダイオードは、１０００Ｖ程度の耐圧を有し、漏れ電流も小さいという長所があるが、逆方向回復時間が数マイクロ秒程度と長く、高速動作を必要とする高周波回路には使用できない。
一方、高速ダイオードは、逆方向回復時間がナノ秒程度という長所があるが、高耐圧のものが得難く、漏れ電流も大きいという短所がある。
このように、従来の一般ダイオード及び高速ダイオードでは、高耐圧と高速動作とはトレードオフの関係にあり、一般ダイオードの高耐圧と高速ダイオードの高速動作という双方の特性を併せ持つ高性能のダイオードは、未だに実現することができていない。
【０００６】
本発明は、上記の課題を解決するためになされたものであって、一般ダイオードの高耐圧と高速ダイオードの高速動作という双方の特性を併せ持つ高性能のダイオードを実現することが可能なダイオードモジュールを提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明者は、上記の課題を解決するために鋭意検討を重ねた結果、１個以上の第１のダイオードチップと、１個の第２のダイオードチップとを電気的に直列接続してなるダイオードモジュールにおいて、第１のダイオードチップの耐圧を第２のダイオードチップより高く、かつ、第２のダイオードチップの逆方向回復時間を第１のダイオードチップより短くすれば、一般ダイオードの高耐圧と高速ダイオードの高速動作という双方の特性を併せ持つ高性能のダイオードを実現することができることを見出し、本発明を完成するに至った。
【０００８】
すなわち、本発明の請求項１記載のダイオードモジュールは、１個以上の第１のダイオードチップと、１個の第２のダイオードチップとを電気的に直列接続してなるダイオードモジュールにおいて、１個以上の第１のダイオードチップと、１個の第２のダイオードチップとを電気的に直列接続してなるダイオードモジュールにおいて、実装基板と、前記実装基板に設けられた配線層と、前記配線層の一の位置に少なくとも１個以上の前記第１のダイオードチップが積層され、前記配線層の他の位置に前記第２のダイオードチップ及び前記一の位置に配置された前記第１のダイオードチップと異なる前記第１のダイオードチップが少なくとも１個以上積層され、前記第１のダイオードチップは、前記第２のダイオードチップより耐圧が高く、前記第２のダイオードチップは、前記第１のダイオードチップより逆方向回復時間が短いことを特徴とする。
【０００９】
本発明の請求項２記載のダイオードモジュールは、請求項１記載のダイオードモジュールにおいて、前記配線層上の前記一の位置と前記他の位置とを含む領域に前記第２のダイオードが積層されており、前記一の位置における前記第１のダイオードチップと前記第２のダイオードチップとが、順方向の向きが同一となるように積層され、前記他の位置における前記第１のダイオードチップが前記第２のダイオードチップと順方向の向きが同一となるように積層されていることを特徴とする。
【００１１】
本発明の請求項３記載のダイオードモジュールは、請求項１または請求項２に記載のダイオードモジュールにおいて、前記実装基板上に、前記第１のダイオードチップまたは前記第２のダイオードチップの絶縁保護膜を有する電極面を、導電性材料を介して接続してなることを特徴とする。
【発明の効果】
【００１３】
本発明のダイオードモジュールによれば、第１のダイオードチップの耐圧を第２のダイオードチップの耐圧より高くし、第２のダイオードチップの逆方向回復時間を第１のダイオードチップの逆方向回復時間より短くしたので、一般ダイオードの高耐圧と高速ダイオードのナノ秒オーダーの逆方向回復時間の両立を図ることができる。したがって、一般ダイオードの高耐圧と高速ダイオードの高速動作という双方の特性を併せ持つ高性能のダイオードを実現することができる。
【００１４】
また、１個以上の第１のダイオードチップと１個の第２のダイオードチップとを積層したので、ダイオードモジュールを小型化することができ、作製も容易である。
また、１個以上の第１のダイオードチップ及び１個の第２のダイオードチップを実装基板上に積層したので、放熱性に優れている。
また、実装基板上に、第１のダイオードチップまたは第２のダイオードチップの絶縁保護膜を有する電極面を、導電性材料を介して接続したので、絶縁保護膜を導電性材料により保護することができる。
【００１５】
本発明の保護用デバイスによれば、本発明のダイオードモジュールを備えたので、一般ダイオードの高耐圧と高速ダイオードの高速動作という双方の特性を併せ持つ保護用デバイスを実現することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１６】
【図１】本発明の第１の実施形態のダイオードモジュールを示す断面図である。
【図２】本発明の第１の実施形態のダイオードモジュールを示す回路図である。
【図３】一般ダイオードチップ及び高速ダイオードチップの平面形状が同一の場合の予備はんだの面積の大きさを示す図である。
【図４】端子２１、２２間の逆方向回復時間（ｔｒｒ）の波形を示す図である。
【図５】端子２１、２３間の逆方向回復時間（ｔｒｒ）の波形を示す図である。
【図６】本発明の第２の実施形態のダイオードモジュールを示す断面図である。
【図７】本発明の第２の実施形態のダイオードモジュールを示す回路図である。
【図８】本発明の第３の実施形態のダイオードモジュールを示す断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１７】
本発明のダイオードモジュール及び保護用デバイスを実施するための形態について説明する。
なお、この形態は、発明の趣旨をより良く理解させるために具体的に説明するものであり、特に指定のない限り、本発明を限定するものではない。
【００１８】
［第１の実施形態］
図１は、本発明の第１の実施形態のダイオードモジュールを示す断面図であり、図において、１はダイオードモジュールであり、このダイオードモジュール１は、実装基板２上に形成された所定のパターンの配線３上に、一般ダイオードチップ（第１のダイオードチップ）６、５、４がこの順に積層され、さらに、一般ダイオードチップ（第１のダイオードチップ）７、８及び高速ダイオードチップ（第２のダイオードチップ）９がこの順に積層され、一般ダイオードチップ４上には電極１０が、高速ダイオードチップ９上には電極１１が、それぞれ形成され、これらはパッケージ化されている。
【００１９】
一般ダイオードチップ４〜８は、耐圧が１０００Ｖ程度、逆方向回復時間（ｔｒｒ）が５μ秒程度の特性を有するダイオードである。
高速ダイオードチップ９は、ショットキーバリアダイオード（ＳＢＤ）、ファストリカバリダイオード（ＦＲＤ）等からなるもので、耐圧が一般ダイオードチップ４〜８より低く、逆方向回復時間（ｔｒｒ）が一般ダイオードチップ４〜８より短い６０ｎ秒程度の特性を有するダイオードである。
【００２０】
このダイオードモジュール１では、一般ダイオードチップの耐圧が１０００Ｖ程度であるから、このダイオードモジュール１に要求される耐圧に応じて一般ダイオードチップの個数が決定される。ここでは、このダイオードモジュール１に要求される耐圧が５０００Ｖであるから、この耐圧に応じて５個の一般ダイオードチップ４〜８を用いている。
【００２１】
このダイオードモジュール１では、図２に示すように、一般ダイオードチップ４〜８及び高速ダイオードチップ９が直列接続され、一般ダイオードチップ４には端子２１が、一般ダイオードチップ６、７が搭載された配線３には端子２２が、高速ダイオードチップ９には端子２３が、それぞれ接続され、これらの端子２１〜２３により外部に接続されるようになっている。
これら一般ダイオードチップ４〜８及び高速ダイオードチップ９の接続については、一般ダイオードチップ４〜８の高耐圧と高速ダイオードチップ９の高速動作という双方の特性を生かすことができるように接続されていればよく、これらの配列順は問わない。
【００２２】
本実施形態のように実装基板２上に積層する場合、信頼性を向上させるために、平面形状の大きなチップから順に積層することが好ましく、例えば、複数のチップのそれぞれの平面形状が互いに異なる場合には、平面形状の大きなチップから順に積層し、ピラミッド型とすることが好ましい。
また、一般ダイオードチップ４〜８及び高速ダイオードチップ９の平面形状が同一の場合には、例えば、図３に示すように、一般ダイオードチップ４、５（あるいは高速ダイオードチップ９及び一般ダイオードチップ８）のはんだ接続時にチップ４（あるいはチップ９）がθ方向に回転ズレしないように、チップ４、５（あるいはチップ９、８）それぞれの予備はんだ３１、３１の面積を同一にしておく。この場合、予備はんだ３１、３１の溶融時のセルフアライメント効果により、チップ４（あるいはチップ９）の搭載時のθ方向の回転ズレが生じ難くなる。
【００２３】
図４は、端子２１、２２間における一般ダイオードチップ４〜６の逆方向回復時間（ｔｒｒ）の波形を示す図であり、順方向の電流（ＩＦ）を０．５Ａ、逆方向の電流（ＩＲ）を１．０Ａと設定したときの経時変化を示している。
端子２１、２２間の逆方向回復時間（ｔｒｒ）は、端子２１、２２間に存在する一般ダイオードチップ４〜６で決定される。
この図４によれば、逆方向の電流（ＩＲ）が９０％回復したときの逆方向回復時間（ｔｒｒ：図中、矢印Ａ）は、５．００μ秒であることが分かる。
【００２４】
図５は、端子２１、２３間の逆方向回復時間（ｔｒｒ）の波形を示す図であり、
順方向の電流（ＩＦ）を０．５Ａ、逆方向の電流（ＩＲ）を１．３Ａと設定したときの経時変化を示している。
端子２１、２３間の逆方向回復時間（ｔｒｒ）は、端子２１、２３間の逆方向回復時間（ｔｒｒ）が最も短い高速ダイオードチップ９で決定される。
この図５によれば、逆方向の電流（ＩＲ）が９０％回復したときの逆方向回復時間（ｔｒｒ：図中、矢印Ｂ）は、６５ｎ秒であることが分かる。
【００２５】
このダイオードモジュール１全体の接合容量Ｃｊは、概ね１／積層されるチップ数と低減することができる。この場合、端子２１、２２間の接合容量Ｃｊは概ね１／３、端子２１、２３間の接合容量Ｃｊは概ね１／６である。
【００２６】
本実施形態のダイオードモジュール１を、例えば、保護用デバイスに適用すれば、一般ダイオードの高耐圧と高速ダイオードの高速動作という双方の特性を併せ持つ保護用デバイスを実現することができる。
この保護用デバイスは、一般ダイオードチップと高速ダイオードチップとを積層した構造であるから、小型化が可能であり、放熱性に優れ、製造もし易い等の優れた特徴を有したものとなっている。
【００２７】
以上説明したように、本実施形態のダイオードモジュール１によれば、実装基板２の配線３上に、一般ダイオードチップ６、５、４を積層するとともに、一般ダイオードチップ７、８及び高速ダイオードチップ９を積層し、一般ダイオードチップ４上に電極１０を、高速ダイオードチップ９上に電極１１を、それぞれ形成したので、一般ダイオードチップ４〜８の数千Ｖの高耐圧と高速ダイオードチップ９のナノ秒オーダーの逆方向回復時間の両立を図ることができる。したがって、一般ダイオードチップ４〜８の高耐圧と高速ダイオードチップ９の高速動作という双方の特性を併せ持つ高性能のダイオードを実現することができる。
また、一般ダイオードチップ４〜８及び高速ダイオードチップ９を積層したので、ダイオードモジュール１を小型化することができ、作製も容易である。
【００２８】
［第２の実施形態］
図６は、本発明の第２の実施形態のダイオードモジュールを示す断面図であり、本実施形態のダイオードモジュール４１が第１の実施形態のダイオードモジュール１と異なる点は、実装基板２上に形成された所定のパターンの配線３上に、高速ダイオードチップ９を積層し、この高速ダイオードチップ９上に、一般ダイオードチップ８を２分割した一般ダイオードチップ４２、４３を並列接続し、一般ダイオードチップ４２上に電極４４を、一般ダイオードチップ４３上に電極４５を、それぞれ接続した点である。
【００２９】
このダイオードモジュール４１は、図７に示すように、一般ダイオードチップ４２、４３には端子５１が、高速ダイオードチップ９が搭載された配線３には端子５２が、それぞれ接続されており、これらの端子５１、５２により外部に接続されている。
【００３０】
このダイオードモジュール４１においても、第１の実施形態のダイオードモジュール１と同様に、一般ダイオードチップ４２、４３の高耐圧と高速ダイオードチップ９の高速動作という双方の特性を併せ持つ高性能のダイオードを実現することができる。
しかも、一般ダイオードチップ４２、４３が並列接続されているので、一般ダイオードチップ４２、４３のうち一方が破壊してしまった場合においても、ダイオードモジュール４１の耐圧が変わることはない。
【００３１】
なお、本実施形態では、一般ダイオードチップ４２、４３に端子５１を接続した構成としたが、一般ダイオードチップ４２に端子５１を、また、一般ダイオードチップ４３に新たな端子を接続した構成としてもよい。
この場合、端子５１、５２及び新たな端子からなる３端子とすることで、１つのモジュールで、一般ダイオードチップ４２−高速ダイオードチップ９と、一般ダイオードチップ４３−高速ダイオードチップ９という２系統（高耐圧及び高速動作が２ライン）の動作が可能になる。
【００３２】
［第３の実施形態］
図８は、本発明の第３の実施形態のダイオードモジュールを示す断面図であり、本実施形態のダイオードモジュール６１が第１の実施形態のダイオードモジュール１と異なる点は、実装基板２上に形成された所定のパターンの配線３上に、一般ダイオードチップ６の絶縁保護膜６２を有する電極面６３を搭載する場合に、銅等のベース電極（導電性材料）６４及びはんだ６５、６６を介して接続した点である。
一般ダイオードチップ４の替わりに高速ダイオードチップ９を用いても、同様の接続構造とすることができる。
【００３３】
このダイオードモジュール６１では、絶縁保護膜６２と配線３との間を、絶縁保護膜６２より厚みがありかつ面積の小さなベース電極６４及びはんだ６５、６６を介して接続したので、絶縁保護膜６２が配線３に接触する虞がなくなり、絶縁保護膜６２が配線３に接触することにより生じるダメージを防止することができる。
【００３４】
このダイオードモジュール６１においても、第１の実施形態のダイオードモジュール１と同様、一般ダイオードチップの高耐圧と高速ダイオードチップの高速動作という双方の特性を併せ持つ高性能のダイオードを実現することができる。
しかも、実装基板２上に形成された所定のパターンの配線３上に、一般ダイオードチップ６の絶縁保護膜６２を有する電極面６３を搭載する場合に、銅等のベース電極（導電性材料）６４及びはんだ６５、６６を介して接続したので、絶縁保護膜６２をベース電極６４により保護することができ、絶縁保護膜６２が配線３に接触することにより生じるダメージを防止することができる。
【符号の説明】
【００３５】
１  ダイオードモジュール
２  実装基板
３  配線
４〜８  一般ダイオードチップ（第１のダイオードチップ）
９  高速ダイオードチップ（第２のダイオードチップ）
１０、１１  電極
２１〜２３  端子
３１  予備はんだ
４１  ダイオードモジュール
４２、４３  一般ダイオードチップ
４４、４５  電極
５１、５２  端子
６１  ダイオードモジュール
６２  絶縁保護膜
６３  電極面
６４  ベース電極（導電性材料）
６５、６６  はんだ
【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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