(57)【要約】【課題】基板に検査専用の配線を設けることなくＳＷ素子のゲートの電流リークを評価でき、小型化が可能な電力供給モジュール、およびその電流リーク評価方法を提供する。【解決手段】負荷に電力を供給するＳＷ素子１０、およびＳＷ素子１０を駆動する駆動回路１と該駆動回路１への信号を制御する信号制御部２が形成されてなる駆動ＩＣ２１が、基板３１に搭載されて、モールド樹脂４０で封止されてなる電力供給モジュール１００であって、駆動ＩＣ２１が、ＳＷ素子１０のゲートへの駆動回路１の出力経路における電流リークを評価する、リーク評価回路３を備える構成とする。【選択図】図１
2014120625.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
負荷に電力を供給するスイッチング素子（以下、ＳＷ素子と略記）、および前記ＳＷ素子を駆動する駆動回路と該駆動回路への信号を制御する信号制御部が形成されてなる駆動ＩＣが、基板に搭載されて、モールド樹脂で封止されてなる電力供給モジュールであって、
前記駆動ＩＣが、前記駆動回路から前記ＳＷ素子のゲートへの出力経路における電流リークを評価する、リーク評価回路を備えることを特徴とする電力供給モジュール。
【請求項２】
前記駆動回路が、直列接続された上段のＰチャネルＭＯＳトランジスタ（以下、上段ＭＯＳと略記）と下段のＮチャネルＭＯＳトランジスタ（以下、下段ＭＯＳと略記）からなり、
前記上段ＭＯＳと下段ＭＯＳのゲートが、それぞれ、前記信号制御部に接続されてなり、
前記上段ＭＯＳと下段ＭＯＳが、それぞれ、独立して制御可能に構成されてなることを特徴とする請求項１に記載の電力供給モジュール。
【請求項３】
前記信号制御部が、
外部から入力される制御モード信号に基づいて、前記上段ＭＯＳと下段ＭＯＳの動作信号を生成する信号生成部と、
前記信号生成部から出力される前記動作信号を、前記上段ＭＯＳと下段ＭＯＳにそれぞれ分配する信号分配部とからなることを特徴とする請求項２に記載の電力供給モジュール。
【請求項４】
前記信号生成部が、前記動作信号として、前記ＳＷ素子の実動作時に使用する駆動信号および前記電流リークの評価時に使用するテスト信号を、それぞれ別の出力端子から出力し、
前記信号分配部が、出力が前記上段ＭＯＳのゲートに接続するＮＡＮＤ素子、出力が前記下段ＭＯＳのゲートに接続するＮＯＲ素子、および出力が前記ＮＡＮＤ素子の一方の入力端子に接続するＮＯＴ素子で構成されてなり、
前記テスト信号の出力端子が、前記ＮＯＴ素子の入力端子と前記ＮＯＲ素子の一方の入力端子に接続され、前記駆動信号の出力端子が、前記ＮＡＮＤ素子のもう一方の入力端子と前記ＮＯＲ素子のもう一方の入力端子に接続されてなることを特徴とする請求項３に記載の電力供給モジュール。
【請求項５】
前記リーク評価回路が、電圧比較器からなり、
前記電圧比較器が、
前記ＳＷ素子のゲート電圧をモニタし、所定の基準電位と比較して、前記電流リークの有無を判定することを特徴とする請求項１乃至４のいずれか一項に記載の電力供給モジュール。
【請求項６】
前記ＳＷ素子が、複数個、前記基板に搭載されてなり、
前記リーク評価回路が、
１個の前記電圧比較器と、前記複数個のＳＷ素子におけるそれぞれのゲート電圧を交互にモニタして該電圧比較器に出力するマルチプレクサとからなることを特徴とする請求項５に記載の電力供給モジュール。
【請求項７】
前記基板が、一枚の配線基板からなることを特徴とする請求項１乃至６のいずれか一項に記載の電力供給モジュール。
【請求項８】
前記基板が、リードフレームからなることを特徴とする請求項１乃至６のいずれか一項に記載の電力供給モジュール。
【請求項９】
請求項４に記載の電力供給モジュールの電流リーク評価方法であって、
前記駆動信号と前記テスト信号が共にＬレベルで、前記駆動回路への電源をＯＮする第１のステップと、
前記第１のステップの後、前記駆動信号をＨレベルにする第２のステップと、
前記第２のステップの後、前記テスト信号をＨレベルにする第３のステップと、
前記第３のステップにおいて所定時間が経過した後、前記リーク評価回路により、前記ＳＷ素子のゲートの電流リークを評価する第４のステップを有してなることを特徴とする電流リーク評価方法。
【請求項１０】
請求項４に記載の電力供給モジュールの電流リーク評価方法であって、
前記駆動信号と前記テスト信号が共にＬレベルで、前記駆動回路への電源をＯＮする第１のステップと、
前記第１のステップの後、前記テスト信号をＨレベルにする第２のステップと、
前記第２のステップにおいて所定時間が経過した後、前記リーク評価回路により、前記上段ＭＯＳのソース−ドレイン間の電流リークを評価する第３のステップを有してなることを特徴とする電流リーク評価方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、負荷に電力を供給するスイッチング素子（以下、ＳＷ素子と略記）および該ＳＷ素子を駆動・制御する駆動ＩＣが基板に搭載されて、モールド樹脂で封止されてなる電力供給モジュールおよびその電流リーク評価方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
負荷に電力を供給するＳＷ素子および該ＳＷ素子を駆動・制御する駆動ＩＣが基板に搭載されて、モールド樹脂で封止されてなる電力供給モジュールが、例えば、特開２００７−２５２１０９号公報（特許文献１）に開示されている。
【０００３】
図７は、上記した電力供給モジュールの一例を示す図で、従来の電力供給モジュール９０の構成を模式的に示した図である。
【０００４】
図７に示す電力供給モジュール９０は、負荷（図示省略）に電力を供給する複数のＳＷ素子１０、および該複数のＳＷ素子１０をそれぞれ駆動する駆動回路１と各駆動回路１への信号を制御する信号制御部２が形成された駆動ＩＣ２０を有している。ＳＷ素子１０と駆動ＩＣ２０は、それぞれ太い実線で囲ったように１チップに形成され、破線で示した配線基板３０に搭載されて、モールド樹脂４０で封止されている。電力供給モジュール９０は、例えばＤＣＤＣ駆動回路やＨブリッジ駆動回路を備える電力供給モジュールで、ＳＷ素子１０は、例えばパワーＭＯＳＦＥＴやＩＧＢＴからなる電力用の半導体素子である。
【０００５】
電力供給モジュール９０の製造後においては、製造過程でのＳＷ素子１０の劣化やボンディング不良の有無を検査する必要がある。しかしながら、例えばＳＷ素子１０のゲートの電流リーク検査は、製造後の動作確認だけでは十分な検査が行えない。このため、電力供給モジュール９０の配線基板３０には、駆動ＩＣ２０の各駆動回路１がそれぞれ駆動するＳＷ素子１０のゲートに接続するゲート配線Ｌ１から分岐して、モールド樹脂４０の外部まで引き出される検査配線Ｌ２が形成されている。そして、検査配線Ｌ２に接続する検査端子にモールド樹脂４０の外部から電圧を印加して、ゲートリーク電流を測定している。
【０００６】
図８は、上記した電力供給モジュール９０におけるゲートリーク電流の測定方法を説明する図で、（ａ）は、１個のＳＷ素子１０に対応する駆動ＩＣ２０の内部構成の一例をより詳細に示した図であり、（ｂ）は、駆動ＩＣ２０の動作と検査配線Ｌ２によるゲートリーク電流の測定方法を示したタイミングチャートである。
【０００７】
図８（ａ）に示す駆動ＩＣ２０は、点線で囲った駆動回路１および信号制御部２を有している。
【０００８】
図８（ａ）に示す駆動ＩＣ２０の駆動回路１は、直列接続された上段のＰチャネルＭＯＳトランジスタ（以下、上段ＭＯＳと略記）１ｐと下段のＮチャネルＭＯＳトランジスタ（以下、下段ＭＯＳと略記）１ｎからなる。上段ＭＯＳ１ｐと下段ＭＯＳ１ｎのゲートは、それぞれ信号制御部２に接続されており、上段ＭＯＳ１ｐと下段ＭＯＳ１ｎが、以下に示すように、それぞれ独立して制御可能に構成されている。
【０００９】
図８（ａ）に示す駆動ＩＣ２０の信号制御部２は、外部から入力される制御モード信号に基づいて、上段ＭＯＳ１ｐと下段ＭＯＳ１ｎの動作信号を生成する信号生成部２ａと、信号生成部２ａから出力される動作信号を上段ＭＯＳ１ｐと下段ＭＯＳ１ｎにそれぞれ分配する信号分配部２ｂを有している。信号生成部２ａは、前記動作信号として、ＳＷ素子１０の実動作時に使用する駆動信号およびリーク電流の判定時に使用するテスト信号を、それぞれ別の出力端子から出力する。また、信号分配部２ｂは、出力が上段ＭＯＳ１ｐのゲートに接続するＮＡＮＤ素子Ｅ１、出力が下段ＭＯＳ１ｎのゲートに接続するＮＯＲ素子Ｅ２、および出力がＮＡＮＤ素子Ｅ１の一方の入力端子に接続するＮＯＴ素子Ｅ３で構成されている。そして、信号生成部２ａにおけるテスト信号の出力端子が、ＮＯＴ素子Ｅ３の入力端子とＮＯＲ素子Ｅ２の一方の入力端子に接続され、信号生成部２ａにおける駆動信号の出力端子が、ＮＡＮＤ素子Ｅ１のもう一方の入力端子とＮＯＲ素子Ｅ２のもう一方の入力端子に接続されている。
【００１０】
図８（ａ）において、破線で示したＳＷ素子１０のゲート−エミッタ間の寄生容量は、ＩＧＢＴやパワーＭＯＳＦＥＴからなる正常な電力用の半導体素子では、数百ｐＦ〜数千ｐＦの範囲にある。しかしながら、例えばモジュール化する際の製造過程でＳＷ素子１０が劣化すると、該寄生容量の絶縁抵抗が低下して、電流リークが発生する。
【００１１】
次に、上記ＳＷ素子１０のゲート−エミッタ間のリーク電流の測定方法について、図８（ｂ）のタイミングチャートにより、詳細に説明する。尚、以下に示す駆動ＩＣ２０の各制御は、シリアル通信等で外部端子より制御モード信号を入力し、駆動回路１への電源のＯＮ／ＯＦＦおよび信号生成部２ａが出力する駆動信号とテスト信号のＨレベル／Ｌレベルを切り替えて行う。
【００１２】
図８（ｂ）に示すように、最初の第１のステップにおいて、駆動信号とテスト信号が共にＬレベルで、駆動回路１への電源をＯＮする。この状態では、駆動信号とテスト信号が共にＬレベルであるため、信号分配器２ｂを介した上段ＭＯＳ１ｐのゲート電圧がＨレベルとなり、下段ＭＯＳ１ｎのゲート電圧もＨレベルとなる。従って、Ｐチャネルの上段ＭＯＳ１ｐはＯＦＦ状態にあり、Ｎチャネルの下段ＭＯＳ１ｎはＯＮ状態にある。この状態は、ＳＷ素子１０のゲート電位がＬレベルになる状態に対応しており、駆動回路Ｌ制御と呼ぶ。この状態では、上段ＭＯＳ１ｐがＯＦＦ状態で、下段ＭＯＳ１ｎがＯＮ状態にあるため、駆動回路１とＳＷ素子１０を接続するゲート配線Ｌ１に溜まっている余分な電荷が、下段ＭＯＳ１ｎを介してグランドへ放電される。
【００１３】
次に、第２のステップにおいて、テスト信号をＨレベルにする。この状態では、駆動信号がＬレベルでテスト信号がＨレベルであるため、信号分配器２ｂを介した上段ＭＯＳ１ｐのゲート電圧はＨレベルのままであり、下段ＭＯＳ１ｎのゲート電圧がＬレベルに変わる。従って、Ｐチャネルの上段ＭＯＳ１ｐはＯＦＦ状態のままであり、Ｎチャネルの下段ＭＯＳ１ｎがＯＦＦ状態に変わる。この状態は、駆動回路１が高インピーダンスにある状態に対応しており、Ｈｉ−Ｚ制御と呼ぶ。この状態では、上段ＭＯＳ１ｐと下段ＭＯＳ１ｎが共にＯＦＦ状態にあるため、駆動回路１とＳＷ素子１０を接続するゲート配線Ｌ１は、電源電位およびグランド電位から切り離された状態にある。
【００１４】
次に、第３のステップにおいて、モールド樹脂４０の外部に露出する検査端子にリーク検査装置を接続し、駆動回路の電源電位（例えば２０Ｖ）より低い所定電位（例えば１５Ｖ）を検査配線Ｌ２（ゲート配線Ｌ１）に印加して、検査装置によりリーク電流を測定する。そして、リーク電流が検出されない場合は、良品と判定され、リーク電流が検出された場合は、不良と判定される。尚、この測定系では、上段ＭＯＳ１ｐと下段ＭＯＳ１ｎが共にＯＦＦ状態にあり、ゲート配線Ｌ１に印加される電位がグランド電位より高く電源電位より低いため、電流リークの経路は、ＳＷ素子１０のゲート−エミッタ間と下段ＭＯＳ１ｎのソース−ドレイン間である。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００１５】
【特許文献１】特開２００７−２５２１０９号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１６】
図８で説明したように、図７の電力供給モジュール９０では、ゲート配線Ｌ１から分岐した検査配線Ｌ２を利用することで、各ＳＷ素子１０のゲートリーク電流の有無を判定することができる。しかしながら、駆動ＩＣ２０と複数のＳＷ素子１０を搭載する配線基板３０に検査専用の多数の配線Ｌ２を形成すると、配線基板３０の面積が増大してしまい、小型化の妨げとなる。さらに、モールド樹脂４０から露出する、検査専用の端子も必要である。また、駆動ＩＣ２０とＳＷ素子１０を配線基板３０ではなくリードフレームに搭載する場合には、ボンディングの本数も増大して、新たな不良要因にもなってしまう。
【００１７】
そこで本発明は、負荷に電力を供給するＳＷ素子および該ＳＷ素子を駆動・制御する駆動ＩＣが基板に搭載されて、モールド樹脂で封止されてなる電力供給モジュールであって、基板に検査専用の配線を設けることなくＳＷ素子のゲートの電流リークを評価でき、小型化が可能な電力供給モジュール、およびその電流リーク評価方法を提供することを目的としている。
【課題を解決するための手段】
【００１８】
本発明に係る電力供給モジュールは、負荷に電力を供給するＳＷ素子、および前記ＳＷ素子を駆動する駆動回路と該駆動回路への信号を制御する信号制御部が形成されてなる駆動ＩＣが、基板に搭載されて、モールド樹脂で封止されてなる電力供給モジュールであって、前記駆動ＩＣが、前記ＳＷ素子のゲートへの前記駆動回路の出力経路における電流リークを評価する、リーク評価回路を備えることを特徴としている。
【００１９】
上記電力供給モジュールは、負荷に電力を供給するＳＷ素子および該ＳＷ素子を駆動・制御する駆動ＩＣが基板に搭載されて、モールド樹脂で封止されてなる電力供給モジュールである。基板に搭載されるＳＷ素子は、一般的に複数であり、それぞれのＳＷ素子は、１チップに形成される。上記電力供給モジュールには、例えば車のヘッドライト駆動装置があり、ＤＣＤＣ駆動回路とＨブリッジ駆動回路を備える。また、ＳＷ素子は、例えばパワーＭＯＳＦＥＴやＩＧＢＴからなる電力用の半導体素子である。
【００２０】
電力供給モジュールの製造後においては、一般的に、製造過程でのＳＷ素子の劣化やボンディング不良の有無を検査する必要がある。しかしながら、例えばＳＷ素子のゲートの電流リーク検査は、製造後の動作確認だけでは十分な検査が行えない。このため、ＳＷ素子と駆動ＩＣを搭載する従来の電力供給モジュールの基板には、駆動ＩＣがそれぞれ駆動するＳＷ素子のゲートに接続するゲート配線から分岐して、モールド樹脂の外部まで引き出される検査専用の配線が形成されていた。そして、該検査配線に接続する検査専用の端子にモールド樹脂の外部から電圧を印加して、ゲートリーク電流を測定検査していた。
【００２１】
しかしながら、上記した従来の電力供給モジュールのように、駆動ＩＣとＳＷ素子を搭載する基板に検査専用の配線を形成すると、基板の面積が増大してしまい、小型化の妨げとなる。さらに、モールド樹脂から露出する、検査専用の端子も必要である。また、基板として、プリント基板等の配線基板ではなく、リードフレームを利用する場合には、ボンディングの本数も増大して、新たな不良要因にもなってしまう。
【００２２】
そこで、上記した本発明に係る電力供給モジュールは、前記駆動ＩＣが、前記駆動回路から前記ＳＷ素子のゲートへの出力経路における電流リークを評価する、リーク評価回路を備える構成としている。上記リーク評価回路は、駆動ＩＣ内に形成されるため、従来の電力供給モジュールにおいて基板に形成される検査専用の配線のように基板面積の増大を伴わず、電力供給モジュールのパッケージ全体の小型化が可能になる。また、モールド樹脂から露出する検査専用の端子も不要で、リーク評価回路と駆動ＩＣにおける前記駆動回路の制御だけで、上記した電流リークの評価が可能となる。
【００２３】
以上のようにして、上記した電力供給モジュールは、負荷に電力を供給するＳＷ素子および該ＳＷ素子を駆動・制御する駆動ＩＣが基板に搭載されて、モールド樹脂で封止されてなる電力供給モジュールであって、基板に検査専用の配線を設けることなくＳＷ素子のゲートの電流リークを評価でき、小型化が可能な電力供給モジュールとすることができる。
【００２４】
上記電力供給モジュールは、前記駆動回路が直列接続されたＰチャネルの上段ＭＯＳとＮチャネルの下段ＭＯＳからなる、一般的な構成を採用することができる。そして、前記上段ＭＯＳと下段ＭＯＳのゲートが、それぞれ、前記信号制御部に接続され、前記上段ＭＯＳと下段ＭＯＳが、それぞれ、独立して制御可能に構成されてなることが好ましい。これによって、上記したリーク評価回路と駆動ＩＣにおける駆動回路の制御だけで、電流リークの評価が可能となる。
【００２５】
上記電力供給モジュールにおける前記信号制御部は、例えば、外部から入力される制御モード信号に基づいて、前記上段ＭＯＳと下段ＭＯＳの動作信号を生成する信号生成部と、前記信号生成部から出力される前記動作信号を、前記上段ＭＯＳと下段ＭＯＳにそれぞれ分配する信号分配部とからなる構成を採用することができる。
【００２６】
例えば、前記信号生成部が、前記動作信号として、前記ＳＷ素子の実動作時に使用する駆動信号および前記電流リークの評価時に使用するテスト信号を、それぞれ別の出力端子から出力し、前記信号分配部が、出力が前記上段ＭＯＳのゲートに接続するＮＡＮＤ素子、出力が前記下段ＭＯＳのゲートに接続するＮＯＲ素子、および出力が前記ＮＡＮＤ素子の一方の入力端子に接続するＮＯＴ素子で構成されてなり、前記テスト信号の出力端子が、前記ＮＯＴ素子の入力端子と前記ＮＯＲ素子の一方の入力端子に接続され、前記駆動信号の出力端子が、前記ＮＡＮＤ素子のもう一方の入力端子と前記ＮＯＲ素子のもう一方の入力端子に接続されてなる構成とする。
【００２７】
上記構成によれば、駆動ＩＣにシリアル通信等で外部端子より制御モード信号を入力し、駆動回路への電源のＯＮ／ＯＦＦ、および信号生成部が出力する駆動信号とテスト信号のＨレベル／Ｌレベルを切り替えといった駆動ＩＣの各制御を、前記制御モード信号で行うことができる。これによって、外部から入力する制御モード信号で上記した駆動ＩＣにおける駆動回路の制御を行い、リーク評価回路の機能と組み合わせることにより、電流リークの評価が可能となる。
【００２８】
上記電力供給モジュールにおける前記リーク評価回路は、例えば電圧比較器からなり、該電圧比較器が、前記ＳＷ素子のゲート電圧をモニタし、所定の基準電位と比較して、前記電流リークの有無を判定する構成とする。上記電圧比較器を用いて経時変化するゲート電圧をモニタすることで、電流検出抵抗を用いることなく、１ＭΩ以上の絶縁抵抗に相当する微小な電流リークの有無を判定することができる。
【００２９】
また、上記電力供給モジュールにおいて、前記ＳＷ素子が、複数個、前記基板に搭載される場合には、前記リーク評価回路として、１個の前記電圧比較器と、前記複数個のＳＷ素子におけるそれぞれのゲート電圧を交互にモニタして該電圧比較器に出力するマルチプレクサとからなる構成を採用することが好ましい。これによれば、複数個のＳＷ素子に対してそれぞれ電圧比較器を設ける場合に較べて、駆動ＩＣを小型化することができる。
【００３０】
上記電力供給モジュールにおける前記基板は、例えばＳＷ素子と駆動ＩＣを搭載する一枚の配線基板であってもよいし、ＳＷ素子と駆動ＩＣを別々に搭載する絶縁基材のないリードフレームであってもよい。
【００３１】
例えば、上記した信号生成部が駆動信号およびテスト信号を出力する電力供給モジュールでは、次の２種類の電流リーク評価が可能である。
【００３２】
第１の電流リーク評価方法は、ＳＷ素子のゲートの寄生容量と絶縁抵抗の時定数に起因した電流リークを評価する方法で、前記駆動信号と前記テスト信号が共にＬレベルで、前記駆動回路への電源をＯＮする第１のステップと、前記第１のステップの後、前記駆動信号をＨレベルにする第２のステップと、前記第２のステップの後、前記テスト信号をＨレベルにする第３のステップと、前記第３のステップにおいて所定時間が経過した後、前記リーク評価回路により、前記ＳＷ素子のゲートの電流リークを評価する第４のステップを有してなる電流リーク評価方法である。
【００３３】
第２の電流リーク評価方法は、前記上段ＭＯＳのソース−ドレイン間の電流リークを評価する方法で、前記駆動信号と前記テスト信号が共にＬレベルで、前記駆動回路への電源をＯＮする第１のステップと、前記第１のステップの後、前記テスト信号をＨレベルにする第２のステップと、前記第２のステップにおいて所定時間が経過した後、前記リーク評価回路により、前記上段ＭＯＳのソース−ドレイン間の電流リークを評価する第３のステップを有してなる電流リーク評価方法である。
【００３４】
以上のようにして、上記した電力供給モジュールおよび電流リーク評価方法は、負荷に電力を供給するＳＷ素子および該ＳＷ素子を駆動・制御する駆動ＩＣが基板に搭載されて、モールド樹脂で封止されてなる電力供給モジュールであって、基板に検査専用の配線を設けることなくＳＷ素子のゲートの電流リークを評価でき、小型化が可能な電力供給モジュールおよびその電流リーク評価方法となっている。
【図面の簡単な説明】
【００３５】
【図１】本発明に係る電力供給モジュールの一例を示す図で、電力供給モジュール１００の構成を模式的に示した図である。
【図２】（ａ）は、１個のＳＷ素子１０に対応する駆動ＩＣ２１の内部構成の一例を示した図であり、（ｂ）は、ゲートリーク電流の測定方法を示したタイミングチャートである。
【図３】（ａ）は、上段ＭＯＳ１ｐのソース−ドレイン間に発生するリーク電流を示した図であり、（ｂ）は、上段ＭＯＳ１ｐのリーク電流の測定方法を示したタイミングチャートである。
【図４】別の電力供給モジュールの例で、電力供給モジュール１１０の構成を模式的に示した図である。
【図５】図４に示した電力供給モジュール１１０の具体化例で、電力供給モジュール１１１の構成を模式的に示した図である。
【図６】別の電力供給モジュールの例で、電力供給モジュール１２０の構成を模式的に示した図である。
【図７】従来の電力供給モジュール９０の構成を模式的に示した図である。
【図８】（ａ）は、１個のＳＷ素子１０に対応する駆動ＩＣ２０の内部構成の一例を示した図であり、（ｂ）は、ゲートリーク電流の測定方法を示したタイミングチャートである。
【発明を実施するための形態】
【００３６】
本発明は、負荷に電力を供給するＳＷ素子および該ＳＷ素子を駆動・制御する駆動ＩＣが基板に搭載されて、モールド樹脂で封止されてなる電力供給モジュールおよびその電流リーク評価方法に関する。以下、本発明を実施するための形態を、図に基づいて説明する。
【００３７】
図１は、本発明に係る電力供給モジュールの一例を示す図で、電力供給モジュール１００の構成を模式的に示した図である。尚、以下に示す電力供給モジュールの各例において、図７および図８に示した電力供給モジュール９０と同様の部分については、同じ符号を付した。
【００３８】
図１に示す電力供給モジュール１００は、図７に示した電力供給モジュール９０と同様で、負荷（図示省略）に電力を供給する複数のＳＷ素子１０、および該複数のＳＷ素子１０をそれぞれ駆動する駆動回路１と各駆動回路１への信号を制御する信号制御部２が形成された駆動ＩＣ２１を有している。ＳＷ素子１０と駆動ＩＣ２１は、それぞれ太い実線で囲ったように１チップに形成され、破線で示した配線基板３１に搭載されて、モールド樹脂４０で封止されている。電力供給モジュール１００は、例えばＤＣＤＣ駆動回路やＨブリッジ駆動回路を備える電力供給モジュールで、ＳＷ素子１０は、例えばパワーＭＯＳＦＥＴやＩＧＢＴからなる電力用の半導体素子である。
【００３９】
一方、図７に示した電力供給モジュール９０の配線基板３０には、駆動ＩＣ２０の各駆動回路１がそれぞれ駆動するＳＷ素子１０のゲートに接続するゲート配線Ｌ１から分岐して、モールド樹脂４０の外部まで引き出される検査配線Ｌ２が形成されていた。そして、検査配線Ｌ２に接続する検査端子にモールド樹脂４０の外部から電圧を印加して、ゲートリーク電流を測定していた。これに対して、図１に示す電力供給モジュール１００の配線基板３１には、上記のようなゲート配線Ｌ１から分岐する検査配線Ｌ２は形成されておらず、代わりに、駆動ＩＣ２１が、各駆動回路１からＳＷ素子１０のゲートへの出力経路（ゲート配線Ｌ１）における電流リークを評価する、リーク評価回路３を備えている。
電力供給モジュールは、図７の電力供給モジュール９０および図１の電力供給モジュール１００で例示したように、通常、負荷に電力を供給するＳＷ素子１０および該ＳＷ素子１０を駆動・制御する駆動ＩＣ２０，２１が基板３０，３１に搭載されて、モールド樹脂４０で封止される。基板３０，３１に搭載されるＳＷ素子１０は、一般的に複数であり、それぞれのＳＷ素子１０は、１チップに形成される。該電力供給モジュールには、例えば車のヘッドライト駆動装置があり、ＤＣＤＣ駆動回路とＨブリッジ駆動回路を備える。また、ＳＷ素子１０は、例えばパワーＭＯＳＦＥＴやＩＧＢＴからなる電力用の半導体素子である。
【００４０】
上記電力供給モジュールの製造後においては、一般的に、製造過程でのＳＷ素子１０の劣化やボンディング不良の有無を検査する必要がある。しかしながら、例えばＳＷ素子１０のゲートの電流リーク検査は、製造後の動作確認だけでは十分な検査が行えない。このため、図７に示したＳＷ素子１０と駆動ＩＣ２０を搭載する従来の電力供給モジュール９０の基板３０には、駆動ＩＣ２０がそれぞれ駆動するＳＷ素子１０のゲートに接続するゲート配線Ｌ１から分岐して、モールド樹脂４０の外部まで引き出される検査専用の配線Ｌ２が形成されていた。そして、該検査配線Ｌ２に接続する検査専用の端子にモールド樹脂４０の外部から電圧を印加して、ゲートリーク電流を測定検査していた。
【００４１】
しかしながら、従来の電力供給モジュールは、図７に例示した電力供給モジュール９０のように、駆動ＩＣ２０とＳＷ素子１０を搭載する基板に検査専用の配線Ｌ２を形成すると、基板の面積が増大してしまい、小型化の妨げとなる。さらに、モールド樹脂４０から露出する、検査専用の端子も必要である。また、基板として、プリント基板等の配線基板３０ではなく、リードフレームを利用する場合には、ボンディングの本数も増大して、新たな不良要因にもなってしまう。
【００４２】
そこで、本発明に係る電力供給モジュールは、図１に例示した電力供給モジュール１００のように、駆動ＩＣ２１が、駆動回路１からＳＷ素子１０のゲートへの出力経路（ゲート配線Ｌ１）における電流リークを評価する、リーク評価回路３を備える構成としている。該リーク評価回路３は、駆動ＩＣ２１内に形成されるため、図７に例示した従来の電力供給モジュール９０において基板３０に形成される検査専用の配線Ｌ２のように基板面積の増大を伴わず、電力供給モジュール１００のパッケージ全体の小型化が可能になる。また、モールド樹脂４０から露出する検査専用の端子も不要で、リーク評価回路３と駆動ＩＣ２１における駆動回路１の制御だけで、上記した電流リークの評価が可能となる。
【００４３】
以上のようにして、図１に例示した電力供給モジュール１００は、負荷に電力を供給するＳＷ素子１０および該ＳＷ素子１０を駆動・制御する駆動ＩＣ２１が基板３１に搭載されて、モールド樹脂４０で封止されてなる電力供給モジュールであって、基板３１に検査専用の配線を設けることなくＳＷ素子１０のゲートの電流リークを評価でき、小型化が可能な電力供給モジュールとすることができる。
【００４４】
図２は、上記した電力供給モジュール１００におけるリーク電流の測定方法の一例を説明する図である。図２（ａ）は、１個のＳＷ素子１０に対応する駆動ＩＣ２１の内部構成の一例をより詳細に示した図であり、図２（ｂ）は、駆動ＩＣ２１の動作、および図１に示したリーク評価回路３の一例であるリーク評価回路３ａによって、ゲートリーク電流の測定方法を示したタイミングチャートである。
【００４５】
図２（ａ）に示す駆動ＩＣ２１は、点線で囲った駆動回路１、信号制御部２およびリーク評価回路３ａを有している。
【００４６】
図２（ａ）に示す駆動ＩＣ２１の駆動回路１は、図８（ａ）に示した駆動ＩＣ２０の駆動回路１と同じ構成である。すなわち、駆動回路１は、直列接続されたＰチャネルの上段ＭＯＳ１ｐとＮチャネルの下段ＭＯＳ１ｎからなる、一般的な構成を採用している。そして、上段ＭＯＳ１ｐと下段ＭＯＳ１ｎのゲートは、それぞれ信号制御部２に接続されており、該上段ＭＯＳ１ｐと下段ＭＯＳ１ｎが、以下に示すように、それぞれ独立して制御可能に構成されている。これによって、図２（ａ）に示すリーク評価回路３ａと駆動ＩＣ２１における駆動回路１の制御だけで、後述する２種類の電流リークの評価が可能となる。
【００４７】
図２（ａ）に示す駆動ＩＣ２１の信号制御部２も、図８（ａ）に示した駆動ＩＣ２０の信号制御部２と同じ構成である。すなわち、信号制御部２は、外部から入力される制御モード信号に基づいて、上段ＭＯＳ１ｐと下段ＭＯＳ１ｎの動作信号を生成する信号生成部２ａと、信号生成部２ａから出力される前記動作信号を上段ＭＯＳ１ｐと下段ＭＯＳ１ｎにそれぞれ分配する信号分配部２ｂとからなる構成を採用している。尚、信号制御部２には、他に、外部からの信号を受信すると共に駆動ＩＣ２１の内部信号を外部に送信する通信制御部が設けられている。
【００４８】
信号生成部２ａは、前記動作信号として、ＳＷ素子１０の実動作時に使用する駆動信号および電流リークの評価時に使用するテスト信号を、それぞれ別の出力端子から出力する。また、信号分配部２ｂは、出力が上段ＭＯＳ１ｐのゲートに接続するＮＡＮＤ素子Ｅ１、出力が下段ＭＯＳ１ｎのゲートに接続するＮＯＲ素子Ｅ２、および出力がＮＡＮＤ素子Ｅ１の一方の入力端子に接続するＮＯＴ素子Ｅ３で構成されている。そして、信号生成部２ａにおけるテスト信号の出力端子が、ＮＯＴ素子Ｅ３の入力端子とＮＯＲ素子Ｅ２の一方の入力端子に接続され、信号生成部２ａにおける駆動信号の出力端子が、ＮＡＮＤ素子Ｅ１のもう一方の入力端子とＮＯＲ素子Ｅ２のもう一方の入力端子に接続されている。
【００４９】
一方、図２（ａ）に示す駆動ＩＣ２１は、図８（ａ）に示した駆動ＩＣ２０と異なり、リーク評価回路３ａを備えている。駆動ＩＣ２１が備えているリーク評価回路３ａは、電圧比較器ＣＭＰからなる構成である。該電圧比較器ＣＭＰは、一方の入力端子にＳＷ素子１０のゲート電圧Ｖｇを入力してモニタし、もう一方の入力端子に所定の基準電位Ｖｔｈを入力する。そして、電圧比較器ＣＭＰは、ゲート電圧Ｖｇと基準電位Ｖｔｈを比較して電流リークの有無を判定し、信号制御部２の通信制御部を介して、判定結果を駆動ＩＣ２１の外部に出力する。このように、電圧比較器ＣＭＰを用いて経時変化するゲート電圧Ｖｇをモニタすることで、電流検出抵抗を用いることなく、１ＭΩ以上の絶縁抵抗に相当する微小な電流リークの有無を判定することが可能となる。
【００５０】
また、上記構成の駆動ＩＣ２１によれば、通信制御部を介してシリアル通信等で外部端子より制御モード信号を入力し、駆動回路１への電源のＯＮ／ＯＦＦ、および信号生成部２ａが出力する駆動信号とテスト信号のＨレベル／Ｌレベルを切り替えといった駆動ＩＣ２１の各制御を、前記制御モード信号で行うことができる。これによって、外部から入力する制御モード信号で駆動ＩＣ２１における駆動回路１の制御を行い、リーク評価回路３ａの機能と組み合わせることで、次のような２種類の電流リークの評価が可能となる。
【００５１】
次に、図２（ａ）において破線で示したゲートリーク電流の測定方法について、図２（ｂ）のタイミングチャートにより詳しく説明する。尚、以下に示す駆動ＩＣ２１の各制御は、シリアル通信等で外部端子より制御モード信号を入力し、駆動回路１への電源のＯＮ／ＯＦＦおよび信号生成部２ａが出力する駆動信号とテスト信号のＨレベル／Ｌレベルを切り替えて行う。
【００５２】
図２（ｂ）に示すように、最初の第１のステップにおいて、駆動信号とテスト信号が共にＬレベルで、駆動回路１への電源をＯＮする。この状態では、駆動信号とテスト信号が共にＬレベルであるため、信号分配器２ｂを介した上段ＭＯＳ１ｐのゲート電圧がＨレベルとなり、下段ＭＯＳ１ｎのゲート電圧もＨレベルとなる。従って、Ｐチャネルの上段ＭＯＳ１ｐはＯＦＦ状態にあり、Ｎチャネルの下段ＭＯＳ１ｎはＯＮ状態にある。この状態は、ＳＷ素子１０のゲート電位（ゲート電圧Ｖｇ）がＬレベルになる状態に対応しており、駆動回路Ｌ制御と呼ぶ。この状態では、上段ＭＯＳ１ｐがＯＦＦ状態で、下段ＭＯＳ１ｎがＯＮ状態にあるため、駆動回路１とＳＷ素子１０を接続するゲート配線Ｌ１に溜まっている余分な電荷が、ＯＮ状態にある下段ＭＯＳ１ｎを介してグランドへ放電される。
【００５３】
次に、第２のステップにおいて、駆動信号をＨレベルにする。この状態では、駆動信号がＨレベルでテスト信号がＬレベルであるため、信号分配器２ｂを介した上段ＭＯＳ１ｐのゲート電圧がＬレベルに変わり、下段ＭＯＳ１ｎのゲート電圧がＬレベルに変わる。従って、Ｐチャネルの上段ＭＯＳ１ｐがＯＮ状態に変わり、Ｎチャネルの下段ＭＯＳ１ｎがＯＦＦ状態に変わる。この状態は、ＳＷ素子１０のゲート電位がＨレベルになる状態に対応しており、駆動回路Ｈ制御と呼ぶ。この状態では、上段ＭＯＳ１ｐがＯＮ状態で、下段ＭＯＳ１ｎがＯＦＦ状態にあるため、駆動回路１とＳＷ素子１０を接続するゲート配線Ｌ１に、電荷が上段ＭＯＳ１ｐを介して充電される。
【００５４】
次に、第３のステップにおいて、テスト信号をＨレベルにする。この状態では、駆動信号とテスト信号が共にＨレベルであるため、信号分配器２ｂを介した上段ＭＯＳ１ｐのゲート電圧がＨレベルに変わり、下段ＭＯＳ１ｎのゲート電圧はＬレベルのままである。従って、Ｐチャネルの上段ＭＯＳ１ｐがＯＦＦ状態に変わり、Ｎチャネルの下段ＭＯＳ１ｎはＯＦＦ状態のままである。この状態は、駆動回路１が高インピーダンスにある状態に対応しており、Ｈｉ−Ｚ制御と呼ぶ。この状態では、上段ＭＯＳ１ｐと下段ＭＯＳ１ｎが共にＯＦＦ状態にあるため、駆動回路１とＳＷ素子１０を接続するゲート配線Ｌ１は、電源電位およびグランド電位から切り離された状態にある。
【００５５】
従って、第３のステップにおいて、図２（ａ）のＳＷ素子１０のゲート−エミッタ間における電流リークが無い場合には、図２（ｂ）のＳＷ素子ゲート電圧Ｖｇは、実線で示したように、Ｈレベルの状態を維持する。一方、図２（ａ）の破線で示したＳＷ素子１０の寄生容量の絶縁抵抗が低下して電流リークが有る場合には、図２（ｂ）において破線で示したように、ＳＷ素子ゲート電圧Ｖｇが徐々に低下し、予め定められた基準電位Ｖｔｈより低下するようになる。
【００５６】
そして、第３のステップで所定時間が経過した後、次の第４のステップにおいて、電圧比較器ＣＭＰからなるリーク評価回路３ａにより、ＳＷ素子１０のゲートの電流リークを評価する。電圧比較器ＣＭＰは、モニタしているゲート電圧Ｖｇが基準電位Ｖｔｈより高い場合に良品と判定し、低い場合に不良品と判定する。尚、リーク電流の大きさは、ゲート電圧Ｖｇの低下速度から評価することができ、良品と不良品の判定は、基準電位Ｖｔｈの設定値により調整することができる。
【００５７】
例えば、ＳＷ素子１０のゲート−エミッタ間の絶縁抵抗が１ＭΩに低下して、ＳＷ素子１０が不良品となった場合、寄生容量を数百ｐＦ〜数千ｐＦとし、充電電圧を５Ｖとすると、１００μｓｅｃ〜１ｍｓｅｃ後には、充電電圧が約２Ｖ程度まで低下する。そのため、電圧比較器ＣＭＰの基準電位Ｖｔｈを３Ｖとすれば、上記した電流リークの不良品を検出することができる。
【００５８】
以上のようにして、図２（ａ）に示す電力供給モジュール１００では、図８（ａ）に示した電力供給モジュール９０のような専用の検査配線Ｌ２を用いることなく、リーク評価回路３ａを設けた駆動ＩＣ２１の制御だけで、ＳＷ素子１０のゲートリーク電流を評価することができる。
【００５９】
図３は、上記した電力供給モジュール１００における別のリーク電流の測定方法を説明する図である。図３（ａ）は、図２の（ａ）と同じＳＷ素子１０に対応する駆動ＩＣ２１の内部構成において上段ＭＯＳ１ｐのソース−ドレイン間に発生するリーク電流を示した図であり、図３（ｂ）は、駆動ＩＣ２１の動作およびリーク評価回路３ａによって、上段ＭＯＳ１ｐのリーク電流の測定方法を示したタイミングチャートである。
【００６０】
図３（ａ）において破線で示した上段ＭＯＳ１ｐのソース−ドレイン間に発生するリーク電流の測定方法について、図３（ｂ）のタイミングチャートにより詳しく説明する。
【００６１】
この測定においても、最初の第１のステップにおいて、駆動信号とテスト信号が共にＬレベルで、駆動回路１への電源をＯＮする。先に説明したように、この状態は、駆動回路Ｌ制御で、Ｐチャネルの上段ＭＯＳ１ｐがＯＦＦ状態にあり、Ｎチャネルの下段ＭＯＳ１ｎがＯＮ状態にある。この状態では、駆動回路１とＳＷ素子１０を接続するゲート配線Ｌ１に溜まっている余分な電荷が、ＯＮ状態にある下段ＭＯＳ１ｎを介してグランドへ放電される。
【００６２】
この測定では、次の第２のステップにおいて、テスト信号をＨレベルにする。この状態では、駆動信号がＬレベルでテスト信号がＨレベルであるため、信号分配器２ｂを介した上段ＭＯＳ１ｐのゲート電圧がＨレベルに変わり、下段ＭＯＳ１ｎのゲート電圧がＬレベルに変わる。従って、Ｐチャネルの上段ＭＯＳ１ｐはＯＦＦ状態のままであり、Ｎチャネルの下段ＭＯＳ１ｎがＯＦＦ状態に変わる。この状態は、先に説明したＨｉ−Ｚ制御であり、上段ＭＯＳ１ｐと下段ＭＯＳ１ｎが共にＯＦＦ状態にあるため、駆動回路１とＳＷ素子１０を接続するゲート配線Ｌ１は、電源電位およびグランド電位から切り離された状態にある。
従って、第２のステップにおいて、図３（ａ）の上段ＭＯＳ１ｐのソース−ドレイン間における電流リークが無い場合には、図３（ｂ）のＳＷ素子ゲート電圧Ｖｇは、実線で示したように、Ｌレベルの状態を維持する。一方、図３（ａ）において破線で示した上段ＭＯＳ１ｐの寄生容量が低下して電流リークが有る場合には、駆動回路１とＳＷ素子１０を接続するゲート配線Ｌ１に電荷が充電されて、図３（ｂ）において破線で示したように、ＳＷ素子ゲート電圧Ｖｇが徐々に上昇する。
そして、上記第２のステップで所定時間が経過した後、次の第３のステップにおいて、電圧比較器ＣＭＰからなるリーク評価回路３ａにより、上段ＭＯＳ１ｐに発生するリーク電流を評価する。この測定では、電圧比較器ＣＭＰは、モニタしているゲート電圧Ｖｇが基準電位Ｖｔｈより低い場合に良品と判定し、高い場合に不良品と判定する。
【００６３】
以上のようにして、信号生成部２ａが駆動信号およびテスト信号を出力する電力供給モジュール１００では、上記したＳＷ素子１０のゲートのリーク電流と上段ＭＯＳ１ｐのソース−ドレイン間リーク電流の２種類の電流リーク評価が可能である。
【００６４】
図４は、別の電力供給モジュールの例で、電力供給モジュール１１０の構成を模式的に示した図である。
【００６５】
図１に示した電力供給モジュール１００では、複数あるＳＷ素子１０のそれぞれに対して、リーク評価回路３，３ａが、１個ずつ駆動ＩＣ２１に形成されていた。一方、図４に示す電力供給モジュール１１０では、リーク評価回路３ｂが１個のマルチプレクサＭＰと１個の電圧比較器ＣＭＰで構成され、駆動ＩＣ２２に形成されている。マルチプレクサＭＰは、複数個のＳＷ素子１０におけるそれぞれのゲート電圧を交互にモニタして、電圧比較器ＣＭＰに出力する。このように、１個の電力供給モジュールにおいて、負荷に電力を供給するＳＷ素子１０が、複数個、基板３１に搭載される場合には、図４の電力供給モジュール１１０のように、１個の電圧比較器ＣＭＰと１個のマルチプレクサＭＰでリーク評価回路３ｂを構成することが好ましい。これによれば、図１に示した電力供給モジュール１００のように、複数個のＳＷ素子１０に対してそれぞれ電圧比較器ＣＭＰを設ける場合に較べて、駆動ＩＣを小型化することができる。
【００６６】
図５は、図４に示した電力供給モジュール１１０の具体化例で、電力供給モジュール１１１の構成を模式的に示した図である。
【００６７】
図５に示す電力供給モジュール１１１は、車載用のヘッドランプ駆動装置で、Ｈブリッジを構成する４個のＩＧＢＴ１０ａと、該Ｈブリッジへの供給電圧を制御するための１個のパワーＭＯＳＦＥＴ１０ｂとが、配線基板３１に搭載されている。また、駆動ＩＣ２２ａには、ＨブリッジのＨｉ側の２個のＩＧＢＴ１０ａを駆動するＨｉ側駆動回路１ａ、Ｌｏ側の２個のＩＧＢＴ１０ａを駆動するＬｏ側駆動回路１ｂ、およびパワーＭＯＳＦＥＴ１０ｂを駆動するＤＣＤＣ駆動回路１ｃが、リーク評価回路３ｂと共に形成されている。Ｈｉ側駆動回路１ａ、Ｌｏ側駆動回路１ｂ、およびＤＣＤＣ駆動回路１ｃの出力は、それぞれ、ゲート配線Ｌ１ａ，Ｌ１ｂで４個のＩＧＢＴ１０ａと１個のパワーＭＯＳＦＥＴ１０ｂに接続されている。そして、リーク評価回路３ｂのマルチプレクサＭＰが、各ゲート配線Ｌ１ａ，Ｌ１ｂのゲート電圧を交互にモニタして、電圧比較器ＣＭＰに出力する。
【００６８】
図６は、別の電力供給モジュールの例で、電力供給モジュール１２０の構成を模式的に示した図である。
【００６９】
図１に示した電力供給モジュール１００では、複数のＳＷ素子１０と該複数のＳＷ素子１０を駆動する駆動ＩＣ２１が、一枚の配線基板３１に搭載されていた。一方、図６に示す電力供給モジュール１２０では、複数のＳＷ素子１０と該複数のＳＷ素子１０を駆動する駆動ＩＣ２２が、それぞれ、別々のリードフレーム３２ａ，３２ｂに搭載されている。尚、ＳＷ素子１０と駆動ＩＣ２２間の電気接続は、ボンディングワイヤまたは別のリードフレームを介して行われる。
【００７０】
このように、上記した電力供給モジュールにおける基板は、例えばＳＷ素子と駆動ＩＣを搭載する一枚の配線基板であってもよいし、ＳＷ素子と駆動ＩＣを別々に搭載する絶縁基材のないリードフレームであってもよい。
【００７１】
以上のようにして、上記した電力供給モジュールおよび電流リーク評価方法は、負荷に電力を供給するＳＷ素子および該ＳＷ素子を駆動・制御する駆動ＩＣが基板に搭載されて、モールド樹脂で封止されてなる電力供給モジュールであって、基板に検査専用の配線を設けることなくＳＷ素子のゲートの電流リークを評価でき、小型化が可能な電力供給モジュールおよびその電流リーク評価方法となっている。
【符号の説明】
【００７２】
９０，１００，１１０，１１１，１２０  電力供給モジュール
１０，１０ａ，１０ｂ  ＳＷ素子
２０〜２２，２２ａ  駆動ＩＣ
１，１ａ〜１ｃ  駆動回路
１ｐ  上段ＭＯＳ
１ｎ  下段ＭＯＳ
２  信号制御部
２ａ  信号生成部
２ｂ  信号分配部
３，３ａ，３ｂ  リーク評価回路
ＣＭＰ  電圧比較器
ＭＰ  マルチプレクサ
【図１】
2014120625.tif 000003
【図２】
2014120625.tif 000004
【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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