(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
電力コンバータであって、
コンバータ制御装置を含む集積回路（ＩＣ）と、
前記集積回路に接続している個々の電力処理構成部材とを備え、前記個々の電力処理構成部材の中の少なくとも一つが、磁気コアを有する磁気デバイスであり、前記電力コンバータは、
前記集積回路および前記個々の電力処理構成部材の対応するターミナルに接続している複数のリード線と、
前記集積回路、前記個々の電力処理構成部材および前記複数のリード線の各々の中央部分を包囲する本体とを備え、前記複数のリード線の少なくとも一つは前記磁気デバイス用の巻線を形成する環状部分を有しており、前記複数のリード線の各々の周辺部分が前記本体から外側に向かって延びることを特徴とする電力コンバータ。
【請求項２】
請求項１に記載の電力コンバータにおいて、前記環状部分が直線状である電力コンバータ。
【請求項３】
請求項１に記載の電力コンバータにおいて、前記個々の電力処理構成部材が、
電力スイッチと、
コンデンサと、
インダクタと、からなるグループから選択される電力コンバータ。
【請求項４】
請求項１に記載の電力コンバータにおいて、前記本体が誘電材料より構成されている電力コンバータ。
【請求項５】
電力コンバータの製造方法であって、
リード線支持構造体と該リード線支持構造体とに接続されかつそこから、集積回路および個々の電力処理構成部材に対応する所定の位置まで内側に向かって延びる複数の切離し可能なリード線とを含むリード・フレームを形成するステップを含み、前記個々の電力処理構成部材の少なくとも一つが磁気コアを有する磁気デバイスであり、前記複数のリード線の少なくとも一つが、前記磁気デバイスの巻線を形成する環状部分を有しており、前記製造方法は、
前記集積回路を前記複数の切離し可能なリード線のいくつかと接続するステップと、
前記個々の電力処理構成部材を前記複数の切離し可能なリード線の他のものに接続するステップと、
前記集積回路と前記個々の電力処理構成部材と前記複数の各リード線の中央部分との周囲に本体を形成するステップとを含み、前記複数の各リード線の周辺部分が、前記本体から外側に向かって延び、さらに前記製造方法は、
リード線支持構造体を除去するステップを含むことを特徴とする、電力コンバータの製造方法。
【請求項６】
請求項５に記載の方法において、前記環状部分が直線状である方法。
【請求項７】
請求項５に記載の方法において、前記巻線が四つの環状ループからなる方法。
【請求項８】
請求項５に記載の方法において、前記個々の電力処理構成部材が、
電力スイッチと、
コンデンサと、
インダクタと、からなるグループから選択される方法。
【請求項９】
請求項５に記載の方法において、前記本体が誘電材料より構成されている方法。
【請求項１０】
請求項５に記載の方法において、前記リード線支持構造体が、前記リード・フレームの周辺部を形成する方法。
【請求項１１】
請求項５に記載の方法において、前記リード・フレームが、曲げることができる材料からなる方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、概して、電子構成部材の一括収容動作に関し、特に多機能リード・フレームおよびリード線および内部構成部材の両方のための上記多機能リード・フレームを内蔵する集積回路パッケージに関する。
【０００２】
【従来の技術】
＜関連出願との相互参照＞
本出願は、下記の出願に関連する。
【表１】
0004008195.tif 000002
上記出願および特許は、本発明と一緒に共通譲渡され、引用によって本明細書の記載に援用する。
【０００３】
電源、特に、電力コンバータは、電気通信およびコンピュータ関連の分野におけるシステムの、ますます重要な素子となってきている。それにつれて、電力コンバータは、高いパワー密度を必要とするようになり、そのため、電力出力能力と電力ユニットの大きさとの間の関係が問題になってきている。通常、電力コンバータは、集積回路（ＩＣ）と個々の構成部材の組合せを含む。
【０００４】
電力ユニットの一括収容動作は、例えば、もっと小さなパッケージ内に、必要な電力を一括収容することに関連する熱的制限があるために、必要なパワー密度を得ることは依然として困難な問題である。モノリスティックな電力処理モジュールを作り出そうとした過去の努力は、個々の構成部材を一つの集積パッケージに一括収容しなければならなかったためにうまくいかなかった。そして、得られたパッケージは、以下に説明するように多くの欠点を持っていた。
【０００５】
個々の構成部材は、通常、予め選択した種々の構成部材内に予め一括収容されているので、上記構成部材を収容し、これらの構成部材を相互接続するためには、かなりの大きさのプリント配線基板（ＰＷＢ）または基板を必要とする。そのため、直接必要な部分のスペース効率が低下するので、電力ユニットのパワー密度が小さくなる。さらに、通常、予め一括収容した個々の構成部材を使用するために、増分コストが増大する。何故なら、多くの電流の一括収容方法は、ＩＣに基づいているからである。それ故、予め一括収容した個々の構成部材を使用するということは、主として集積回路(ＩＣ)環境において、「ピースパーツ」を使用することになる。
【０００６】
その結果、電流の一括収容スキームは、集積回路ユニットの周辺で標準化されているスタイル、重量、大きさおよび構成の一括収容に関連してくる。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
しかし、このような設計を収容するためには、多くの場合、不規則な形の構成部材が必要になり、そのため、一括収容ユニットを設計し、製造するためのコストが増大し、複雑になる。
【０００８】
さらに、予め一括収容した個々の構成部材を使用すると、回路の性能の問題が発生する恐れがある。予め一括収容した個々の構成部材の間の間隔は、通常、集積回路間の間隔より広いので、寄生インダクタンスおよびキャパシタンスが、もっと高い周波数回路の応答能力の一つの要因になる。このことは、電力ユニットの設計に悪影響を及ぼす。何故なら、上記寄生素子を補償するために、追加の構成部材が必要になるからである。
【０００９】
従って、この技術に必要なものは、もっと有効なシステムであり、任意の環境に適用することができる個々の構成部材または集積回路を一括収容するための方法である。
【００１０】
従来技術の上記欠点を克服するために、本発明は、個々の構成部材を持つ回路を一括収容する際に使用するリード・フレーム、およびその製造方法を提供する。
【００１１】
【課題を解決するための手段】
図１Ａおよび図１Ｂに示す、本発明のある実施形態の場合には、リード・フレーム１００は、（１）リード線支持構造体１０５、（２）そこから、個々の構成部材に対応する所定の位置まで内側に向かって延びている上記リード線支持構造体１０５に接続している複数の切り離し可能なリード線１１０を含む。
【００１２】
ある観点から見た場合、本発明は、リード・フレームに取り付けられている他の個々の構成部材と協力して使用することができる個々の構成部材を一括収容するために、リード・フレームを使用する広いコンセプトを導入する。別の方法としては、個々の構成部材を、リード・フレームに装着されている集積回路に接続することもできる。個々の構成部材は、例えば、電力スイッチ、コンデンサ、インダクタおよびトランスからなり、グループから選択することができる。もちろん、設計上の要件によっては、他の個々の構成部材を使用することもできる。この方法を使用すれば、関連する構成部材をリード・フレームに取り付けることができ、それにより、リード・フレームの効用を増大し、構成部材の一括収容に関連するコスト全体を安くすることができる。また、この方法を使用すれば、全体のモジュール方式を拡張し、向上することができ、それにより、設計の柔軟性が一般的に改善される。要するに、例えば、回路を構成する際に、個々の構成部材、集積回路および磁気素子の接続を含めるために、リード・フレームの使用を拡張すると、パワー密度を増大するための能力が拡張され、向上し、一括収容方法が組織化され、コストが安くなる。
【００１３】
本発明の１の実施形態の場合には、回路は集積回路を含み、リード・フレームは、リード線支持構造体に接続している第二の複数の切離し可能なリード線を含む。上記第二の切離し可能なリード線は、集積回路のターミナルに対応する所定の位置まで内側に向かって延びている。さらに、リード・フレームは、曲げることができる材料を含む。この構造により、個々の構成部材を容易に集積回路に直接接続することができる。また、リード線支持構造体は、リード・フレームの周辺部を形成することができるが、他の設計も本発明の広い範囲内に含まれる。
【００１４】
本発明の他の実施形態の場合には、個々の構成部材は、磁気コアを持つ磁気デバイスであり、リード・フレームは、上記磁気デバイスの巻線を形成する環状の部分を持つ、切離し可能なリード線を含む。環状巻線構造体は、導体の平らなコイルからなる。ある実施形態の場合には、導体の各ループは、磁気デバイスの巻線の一回の巻線を形成する。図示し、説明するある実施形態の場合には、巻線は直線を形成する四つの環状ループからなる。もちろん、複数の環状巻線は、トランスのような磁気デバイスを形成するために、磁気コアと相互に作用する。本発明は、環状巻線構造に制限されないし、他のリード・フレーム巻線構造も、本発明の広い範囲内に含まれる。
【００１５】
本発明の他の実施形態の場合には、回路は電力コンバータである。電力コンバータは、コンバータ制御装置を含む集積回路、および上記集積回路に接続している個々の電力処理構成部材を含む。さらに、複数のリード線は、集積回路の対応するターミナルおよび個々の電力処理構成部材に接続している。好適には、この実施形態は、集積回路を囲んでいる本体と、個々の電力処理構成部材、および複数の各リード線の中央部分を含むことが好ましい。複数のリード線の周辺部は、本体から外側に向かって延びる。さらに、本体は誘電材料より構成することもできるが、必要な場合には、他の材料も使用することができる。
【００１６】
今まで、本発明のどちらかというと広義の好適な種々の特徴を概略説明してきたので、当業者であれば以下の詳細な説明をよりよく理解することができるだろう。本発明の特許請求の範囲の主題である、本発明の他の特徴について以下に説明する。当業者であれば、本発明の目的と同じ目的を達成するために、他の構造体を設計し、修正するためのベースとして、開示の概念および特定の実施形態を容易に使用することができることを理解されたい。また、当業者であれば、そのような同等の構造も、広い意味での本発明の精神および範囲に含まれることを理解されたい。
【００１７】
本発明をよりよく理解してもらうために、添付の図面と一緒に以下の説明を参照する。
【００１８】
【発明の実施の形態】
最初に、図１Ａおよび図１Ｂについて説明すると、これらの図は、本発明の原理によって組み立てたリード・フレーム１００の一実施形態の平面図である。リード・フレーム１００は、リード線支持構造体１０５、上記リード線支持構造体１０５に接続している第一の複数の切離し可能なリード線１１０と、上記リード線支持構造体１０５に接続している第二の複数の切離し可能なリード線１１５と、導体の平らなコイルからなる環状巻線構造体１２０を含む。リード線支持構造体１０５は、リード・フレーム１００の周辺部を形成するが、他の設計も本発明の範囲内に含まれる。また、第一および第二の複数の切離し可能なリード線１１０、１２０で使用されている、「切離し可能な」という用語は、通常、相互に電気的に分離または絶縁されているリード線を含むことを理解されたい。
【００１９】
リード・フレーム１００は、通常、少なくとも一つの個々の構成部材を持つ回路を一括収容するために使用される。第一の複数の切離し可能なリード線１１０は、図に示すように、リード線支持構造体１０５から内側に向かって、個々の構成部材を装着するのに使用することができるターミナルに対応する所定の位置まで延びる。また、第二の複数の切離し可能なリード線１１５は、内側に向かって、集積回路のターミナルに対応する所定の位置まで延びる。環状の巻線構造体１２０は、直線状の四つの環状ループを含み、導体の各ループは、インダクタの磁気デバイスの巻線の一回の巻線を形成する。さらに、環状の巻線構造体１２０の中央部は、磁気デバイスの磁気コアを収容するために開いている。図示の実施形態の場合には、リード・フレーム１００は、導電性（例えば、銅または合金４２）の曲げることができる材料からできていて、化学エッチングまたは打抜きにより形成することができる。もちろん、本発明の広い範囲は、環状巻線構造体、または任意の特定のリード・フレーム構造体または構造技術に限定されない。
【００２０】
図２について説明すると、この図は、構成部材が装着されている、本発明の原理によって組み立てたリード・フレーム２００のある実施形態の平面図である。リード・フレーム２００に装着されている構成部材は、二つの切換えデバイス、個々のコンデンサ２１０、巻線構造体２１７と一緒に、磁気デバイスを形成するフェライト磁気コア２１５、および誘電材料からなり、構成部材をカバーするのに使用される本体２２０を持つ集積回路２０５を含む。それ故、リード・フレーム２００は、複数の構成部材を一つまたはそれ以上の回路に電気的に接続するために使用することができる。
【００２１】
それ故、リード・フレーム２００は、例えば、本来集積された、または磁気的な構成部材を持つ回路を形成するために、いくつかの構成部材を一括収容するための機構を提供する。この実施形態は、個々のコンデンサ２１０を含むが、設計要件によっては、他の個々の構成部材を使用することもできる。この方法を使用すれば、関連構成部材を他の標準リード・フレーム内に取り付けることもできるし、内蔵させることもでき、それにより、リード・フレームの効用を増大し、構成部材の一括収容に関連するコスト全体を低減することができる。また、この方法を使用すれば、全体のモジュール方式を拡張し、向上することができ、それにより、設計の柔軟性が一般的に改善される。デュアル・インライン・パッケージ（ＤＩＰ）、クワッド・フラット・パック（ＱＦＰ）またはプラスチック・リード・キャリヤ・チップ（ＰＬＣＣ）のような標準プロファイル、および注文プロファイルを使用するために選定または適応させることができる。
【００２２】
この実施形態の場合には、回路は電力コンバータである。電力コンバータは、集積回路２０５を含み、上記集積回路は、コンバータ制御装置、および二つの電力スイッチを含む。電力コンバータは、さらに、個々のコンデンサ２１０、および集積回路２０５に接続している磁気デバイスの形の個々の電力処理構成部材を含む。
【００２３】
さらに、複数のリード線（図３参照）は、集積回路２０５および個々の電力処理構成部材（例えば、個々のコンデンサ２１０）のターミナルに接続している。本体２２０は、図に示すように、集積回路２０５、個々の電力処理構成部材、および複数の各リード線の中央部を囲んでいる。複数の各リード線の周辺部は、本体２２０から外側に向かって延びる。
【００２４】
図３について説明すると、この図は、本発明の原理によって組み立てたリード・フレーム３２５を含むパッケージ３００の側面図である。パッケージ３００は、集積回路３０５、個々のコンデンサ３１０、フェライト磁気コア３１５、図２類似の本体３２０を含む。さらに、パッケージ３００は、リード線支持構造体（図１参照）を除去し、必要に応じて、適当なリード線を分離することにより、切離した複数のリード線３２５を示す。その後で、パッケージ３００を組立体として正しく挿入することができるように、複数のリード線が折り曲げられる。
【００２５】
図４について説明すると、この図４は、本発明の原理によって組み立てたリード・フレームを使用する電力コンバータの（全体を参照番号４００で示す）製造方法のフローチャートである。この方法４００は、スタート・ステップ４０５からスタートするが、このステップで電力コンバータの製造を決定する。図１の実施形態に示すように、リード・フレームが形成される。ステップ４１０においては、上記リード・フレームは、リード線支持構造体、そこから内側へ向かって、集積回路および任意の個々の電力処理構成部材のターミナルに対応する所定の位置まで延びるリード線支持構造体に接続している複数の切離し可能なリード線を含む。
【００２６】
その後で、ステップ４１５においては、集積回路が、複数の切離し可能なリード線の中の適当なリード線に接続され、ステップ４２０においては、個々の電力処理構成部材が、複数の切離し可能なリード線の中の他のリード線に接続される。ステップ４２５においては、本体が、集積回路、個々の電力処理構成部材、および複数の各リード線の中央部の周囲に形成される。この場合、複数の各リード線の周辺部は本体から外側に延びる。本体の中央部は、例えば、フェライト磁気コアを収容するために開いている。上記磁気コアは、巻線を形成する環状部分を貫通していて、（それにより、コアおよび巻線は磁気デバイスを形成する。）その後で、ステップ４３０において、リード線支持構造体が除去される。方法４００は、ステップ４３５で終了する。
【００２７】
図５について説明すると、この図は、本発明の原理によって組み立てた電力コンバータ５００の略図である。電力コンバータ５００は、制御信号をパワートレイン５３０に供給するために、制御回路５１０に接続しているパワートレイン５３０を使用する。パワートレイン５３０は、入力電圧Ｖｉｎを受信するために、電力源に接続しているパワートレイン入力と、電気的負荷に接続しているパワートレイン直流出力を持つ。電力コンバータ５００は、さらに、パワートレイン出力電圧Ｖｏｕｔを濾過するためのフィルタ・コンデンサ５９７を含む。
【００２８】
電圧トレーン５３０は、一次巻線５４５および二次巻線５５０を持つ絶縁トランス５４０を含む。パワートレイン５３０は、さらに、絶縁トランス５４０の一次巻線５４５に接続しているスイッチ５６０を含む。図に示す実施形態の場合には、スイッチ５６０は、ＦＥＴである。もちろん、他のスイッチ（例えば、バイポーラ・トランジスタ）も使用することができる。パワートレイン５３０は、さらに、絶縁トランス５４０の二次巻線５５０に接続している、（一組の整流ダイオード５７０、５７５からなる）整流器を含む。別の方法としては、他の整流装置および回路（例えば、同期整流器で、ＦＥＴのような能動スイッチ）を有利に使用することができる。整流ダイオード５７０、５７５は、二次巻線５５０が供給する周期的波形を整流する。パワートレイン５３０は、さらに、整流器に接続している出力インダクタ５９５を含む。パワートレイン５３０は、交流電力を直流電力に変換するために、絶縁トランス５４０、整流ダイオード５７０、５７５、および出力インダクタ５９５を使用する。
【００２９】
構成部材は、回路パッケージ（この場合には、電力コンバータ・パッケージ）を形成するために、リード・フレームに接続する前に、個々にリード・フレームに接続することもできるし、集積することもできる。さらに、個々に、または他の構成部材と組合せて、電力コンバータ・モジュールを形成するために、一括収容材料（図示せず）でパワートレインを実質的に囲むことができる。
【００３０】
当業者であれば、リード・フレームの上記実施形態、および個々の構成部材を持つ回路を一括収容する際に使用するための関連方法は、単に例示としてのものであって、他の実施形態も本発明の範囲に含まれることを理解されたい。さらに、本発明の例示としての実施形態を、特定の電子構成部材を参照しながら説明する。しかし、当業者であれば、必要な条件を生成し、必要な結果を達成するために、構成部材の代わりに、（必ずしも同じタイプのものではない構成部材を）使用することができることに気がつくだろう。例えば、一つの構成部材の代わりに、複数の構成部材を使用することができるし、その逆を行うこともできる。本発明の原理は、種々様々な回路構成に適用することができる。個々のおよび集積した磁気技術を使用する種々の電力コンバータをもっとよく理解してもらうために、ニューヨーク州ニューヨーク市所在のファン・ノストランド・レインホールド社が、（１９８５年）に発行した、ルドルフＰ．セバンズおよびゴードン・ブルーム著の「現代直流直流電力コンバータ回路」、およびインディアナ州インディアナポリス市のルドルフＥ．タータ、ホワードＷ．サム＆Ｃｏ社が、（１９８５年）に発行した「ソリッドステート電力変換の原理」を参照されたい。上記米国特許の全文は、引用によって本明細書の記載に援用する。
【００３１】
本発明を詳細に説明してきたが、当業者であれば、広義での本発明の精神および範囲から逸脱することなしに、本発明を種々変化させ、置換えおよび変更することができることを理解されたい。
【図面の簡単な説明】
【図１Ａ】本発明の原理により組み立てたリード・フレームのある実施形態の平面図である。
【図１Ｂ】本発明の原理により組み立てたリード・フレームのある実施形態の平面図である。
【図２】構成部材が装着されている、本発明の原理により組み立てたリード・フレームのある実施形態の平面図である。
【図３】本発明の原理により組み立てたリード・フレームを含むパッケージの側面図である。
【図４】本発明の原理により組み立てたリード・フレームを使用する電力コンバータの製造方法のフローチャートである。
【図５】本発明の原理により組み立てた電力コンバータの略図である。
【図１Ａ】
0004008195.tif 000003
【図１Ｂ】
0004008195.tif 000004
【図２】
0004008195.tif 000005
【図３】
0004008195.tif 000006
【図４】
0004008195.tif 000007
【図５】
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