JP2006196721A - 電力用半導体装置 - Google Patents
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Abstract
【課題】スイッチング素子等の浮遊容量によって流れる高周波電流に起因した放射ノイズを効果的に低減させ、既存の半導体モジュールを利用する場合にも適用可能な電力用半導体装置を提供する。
【解決手段】半導体スイッチング素子のチップ23,25が銅箔パターン20,21等にマウントされた電力用半導体モジュール5UAからなる電力用半導体装置に関する。主回路上の分割銅箔パターン22a,22bの相互間にボンディングワイヤ34とコンデンサチップ35とからなる並列回路を接続し、その並列共振時の高インピーダンスを利用して放射ノイズ源の高周波主回路電流を低減する。
【選択図】図1
【解決手段】半導体スイッチング素子のチップ23,25が銅箔パターン20,21等にマウントされた電力用半導体モジュール5UAからなる電力用半導体装置に関する。主回路上の分割銅箔パターン22a,22bの相互間にボンディングワイヤ34とコンデンサチップ35とからなる並列回路を接続し、その並列共振時の高インピーダンスを利用して放射ノイズ源の高周波主回路電流を低減する。
【選択図】図1
Description
本発明は,電力変換装置内の半導体スイッチング素子等から発生する放射ノイズを低減させるための電力用半導体装置に関し、詳しくは、スイッチング素子を備えた電力用半導体モジュールの内部または外部にノイズ低減手段を備えた電力用半導体装置に関するものである。
図14は、電力変換装置の代表例である三相電圧形インバータの主回路構成を示している。図13において、1は商用の交流電源、2は交流電力を直流電力に変換するダイオード整流器モジュール、3は大容量の電解コンデンサ、4はモータ等の負荷、5は直流電力を交流電力に変換するインバータモジュール、6はインバータモジュール5のスイッチング時に発生するサージ電圧を抑制するためのスナバコンデンサである。このスナバコンデンサ6は、通常、インバータモジュール5の近傍に配置されている。
また、Pは直流正側端子、Nは直流負側端子、U,V,Wは交流出力端子であり、7はダイオード整流器モジュール2及びインバータモジュール5を冷却する放熱器である。
また、Pは直流正側端子、Nは直流負側端子、U,V,Wは交流出力端子であり、7はダイオード整流器モジュール2及びインバータモジュール5を冷却する放熱器である。
上記インバータモジュール5は、三相各相の上下アームにIGBT等の半導体スイッチング素子8と環流ダイオード9とからなる逆並列回路をそれぞれ配置して構成されており、これら6つの逆並列回路は、各相ごとに2回路ずつモジュール化され、3台のモジュール5U,5V,5Wとして構成されている。
図15は、上記モジュール(一例としてモジュール5U)の外観を示す斜視図である。また、図16はモジュール5Uの外囲体を除去した絶縁基板等の主要部の構成図であり、(a)は平面図、(b)は側面図である。
図15において、10Pは直流正側電極、10Nは直流負側電極、10Uは負荷4に接続される交流出力電極、13〜16は上下アームのスイッチング素子のゲート端子及びエミッタ端子である。また、モジュール5Uの下部には熱伝導率の大きい銅基板17が設けられており、この銅基板17は前記放熱器7と接合されるようになっている。
更に、図16において、銅基板17の上面には、セラミック等の絶縁層19と直流正側電位・U相出力電位・直流負側電位の各銅箔パターン20,21,22とからなる絶縁基板18が形成されている。
直流正側電位の銅箔パターン20上には、上アームのスイッチング素子チップ23及び環流ダイオードチップ24がマウントされ、U相出力電位の銅箔パターン21上には、下アームのスイッチング素子チップ25及び環流ダイオードチップ26がマウントされている。
直流正側電位の銅箔パターン20上には、上アームのスイッチング素子チップ23及び環流ダイオードチップ24がマウントされ、U相出力電位の銅箔パターン21上には、下アームのスイッチング素子チップ25及び環流ダイオードチップ26がマウントされている。
また、前記スイッチング素子チップ23及び環流ダイオードチップ24と、前記銅箔パターン21との間はボンディングワイヤ27,28によって接続され、前記スイッチング素子チップ25及び環流ダイオードチップ26と、直流負側電位の銅箔パターン22との間はボンディングワイヤ29,30によって接続されている。図16(b)の10p,10n,10uは、図15における各電極10P,10N,10Uに接続される外部導出端子である。
なお、図15,図16とほぼ同様な構造として、金属ベース板上に制御回路ブロック用のプリント基板及びパワー半導体素子用のパワー回路基板を並べて実装し、これらを外囲ケースにより包囲した構造の半導体装置が、後述する特許文献1に記載されている。
ここで、図17は、図14におけるU相のモジュール5Uのみを示したインバータの回路構成図であり、31,32は、上アーム及び下アームのスイッチング素子8のコレクタ・エミッタ間及び環流ダイオード9のアノード・カソード間の浮遊容量を示している。
さて、インバータ等の電力変換装置を製品化する場合には、CISPR(国際無線障害特別委員会)規格等で規定されている雑音電界強度(放射ノイズ)をある規格値以内に抑える必要があり、その周波数範囲は30[MHz]〜1[GHz]と規定されている。
一般にIGBT等のスイッチング素子8や環流ダイオード9は、電圧の時間変化率が大きい状態(いわゆる高dv/dt状態)でスイッチングが行われる。その際、図17に示した浮遊容量31,32は、出力端子Uの電位変動に伴って充放電するため、これらの浮遊容量31,32に電流が流れる。
一般にIGBT等のスイッチング素子8や環流ダイオード9は、電圧の時間変化率が大きい状態(いわゆる高dv/dt状態)でスイッチングが行われる。その際、図17に示した浮遊容量31,32は、出力端子Uの電位変動に伴って充放電するため、これらの浮遊容量31,32に電流が流れる。
上記浮遊容量31,32による電流経路はいくつか存在するが、代表的な電流経路は図18に示す電流経路33である。この電流経路33は、モジュール5U内の各電極、配線を介して、スイッチング素子チップ23,25(または環流ダイオードチップ24,26)とスナバコンデンサ6とを通る経路となる。
このとき、経路33に流れる電流の波形は、LC直列共振回路を構成する経路33の配線抵抗値(図示せず)、電極及び各配線のインダクタンス値の和L(=L1+L2+L3+L4+L5)、並びに、浮遊容量31,32とスナバコンデンサ6の容量との合成容量Cによって決まる。そして、この電流波形のスペクトルは、上記インダクタンス値の和Lと合成容量Cとによって決まる共振周波数fr=1/{2π√(L・C)}でピークとなる。この高周波電流が放射ノイズ源となり、空間に電磁波が放射されることになる。
このとき、電流経路33から空間距離rだけ離れた地点における電界の最大値Epeakは、数式1により表される。また、経路33に流れる電流iは数式2となる。
このとき、電流経路33から空間距離rだけ離れた地点における電界の最大値Epeakは、数式1により表される。また、経路33に流れる電流iは数式2となる。
[数式1]
Epeak=1.32×10−14×f2×S×i/r
[数式2]
i=V/Z
Epeak=1.32×10−14×f2×S×i/r
[数式2]
i=V/Z
なお、上記数式1,2において、
S:電流経路33の空間的な面積
f:電流iの周波数
V:容量Cに印加されている電圧
Z:電流経路33のインピーダンス
である。
S:電流経路33の空間的な面積
f:電流iの周波数
V:容量Cに印加されている電圧
Z:電流経路33のインピーダンス
である。
一般に、インバータに適用される電力用半導体モジュールの場合、電流経路33の共振周波数frは30[MHz]付近になることが多く、そのために放射ノイズが前述したCISPR規格等の規格値をオーバーするケースが多い。また、この共振周波数frにおける電界強度も一般機器に比べて高くなるため、インバータの周辺機器が誤動作するといった問題が発生する場合もある。
従って、放射ノイズを低減するには、数式1,2における電流iを減少させることが有効であり、具体的には、スイッチング素子や環流ダイオードのスイッチング時におけるdv/dtを緩やかにする対策(数式2においてVを減少させることと等価)が採られているが、トレードオフとしてスイッチング期間が長くなってスイッチング損失が増加する。このため、放熱器の大型化や素子定格を高くする等の対策が必要となり、これらが装置全体のコストを上昇させたり大型化を招く等の問題を生じていた。
なお、この種の放射ノイズの抑制を目的とした別の従来技術として、半導体チップの上面に放射ノイズ低減用のコンデンサチップ(パスコン)を積層すると共に、このコンデンサチップと前記半導体チップとの間を接続するボンディングワイヤによってインダクタを形成することにより、電源ラインや接地ライン上の高周波電流成分を減衰させるようにした半導体装置が、特許文献2に記載されている。
上記特許文献2に記載された半導体装置は、半導体チップ上にコンデンサチップを積層した、いわゆるチップ・オン・チップ方式の車載用IC等において、放射ノイズを低減させる技術を提供するものであり、図16に示した如く、絶縁基板18の上面にチップが並置されるような構造の電力用半導体モジュールにそのまま適用できるものではない。
また、特許文献2に記載された従来技術は、あくまで半導体装置の製造工程におけるボンディングワイヤの配線によってのみ実現できるものであり、例えば既存の電力用半導体モジュールを利用して実現することは不可能である。
また、特許文献2に記載された従来技術は、あくまで半導体装置の製造工程におけるボンディングワイヤの配線によってのみ実現できるものであり、例えば既存の電力用半導体モジュールを利用して実現することは不可能である。
そこで本発明の解決課題は、図16等に示される構造において、スイッチング素子等の浮遊容量によって流れる高周波電流に起因した放射ノイズを効果的に低減させると共に、既存の半導体モジュールを利用する場合にも好適かつ低コストのノイズ低減対策を採ることができる電力用半導体装置を提供することにある。
上記課題を解決するため、請求項1に記載した発明は、半導体スイッチング素子のチップが銅箔パターン上にマウントされた電力用半導体モジュールからなる電力用半導体装置において、
前記半導体スイッチング素子及び前記銅箔パターンを含む主回路上で前記半導体スイッチング素子に直列に、放射ノイズ低減用のフィルタ回路として、インダクタンスとコンデンサとの並列回路を接続したものである。
前記半導体スイッチング素子及び前記銅箔パターンを含む主回路上で前記半導体スイッチング素子に直列に、放射ノイズ低減用のフィルタ回路として、インダクタンスとコンデンサとの並列回路を接続したものである。
請求項2に記載した発明は、請求項1において、
前記インダクタンスを、同一電位の前記銅箔パターン同士を接続するボンディングワイヤにより構成したものである。
前記インダクタンスを、同一電位の前記銅箔パターン同士を接続するボンディングワイヤにより構成したものである。
請求項3に記載した発明は、請求項2において、
直流正側電位,直流負側電位,交流出力電位の各銅箔パターンを備え、これらのうちの何れかの銅箔パターンを二分割してなる分割パターン同士をボンディングワイヤにより接続したものである。
直流正側電位,直流負側電位,交流出力電位の各銅箔パターンを備え、これらのうちの何れかの銅箔パターンを二分割してなる分割パターン同士をボンディングワイヤにより接続したものである。
請求項4に記載した発明は、請求項1〜3の何れか1項において、
前記コンデンサを、前記銅箔パターン上にマウントされるコンデンサチップにより構成したものである。
前記コンデンサを、前記銅箔パターン上にマウントされるコンデンサチップにより構成したものである。
請求項5に記載した発明は、半導体スイッチング素子のチップが銅箔パターン上にマウントされた電力用半導体モジュールを備えた電力用半導体装置において、
前記電力用半導体モジュールの外部に配置されて前記半導体スイッチング素子を含む主回路の配線上で、前記半導体スイッチング素子に直列に、放射ノイズ低減用のフィルタ回路として、インダクタンスとコンデンサとの並列回路を接続したものである。
前記電力用半導体モジュールの外部に配置されて前記半導体スイッチング素子を含む主回路の配線上で、前記半導体スイッチング素子に直列に、放射ノイズ低減用のフィルタ回路として、インダクタンスとコンデンサとの並列回路を接続したものである。
請求項6に記載した発明は、請求項1〜5の何れか1項において、
前記並列回路の共振周波数を、前記半導体スイッチング素子の動作に伴って前記主回路に流れる共振電流の周波数とほぼ等しく設定するものである。
前記並列回路の共振周波数を、前記半導体スイッチング素子の動作に伴って前記主回路に流れる共振電流の周波数とほぼ等しく設定するものである。
請求項7に記載した発明は、請求項6において、前記並列回路の共振周波数をほぼ20[Hz]以上としたものである。
請求項8に記載した発明は、請求項6において、前記並列回路の共振周波数をほぼ30[Hz]としたものである。
請求項9に記載した発明は、請求項1〜8の何れか1項において、
前記電力用半導体モジュールは、前記銅箔パターン上にマウントされて前記半導体スイッチング素子と逆並列に接続される環流ダイオードを備えたものである。
前記電力用半導体モジュールは、前記銅箔パターン上にマウントされて前記半導体スイッチング素子と逆並列に接続される環流ダイオードを備えたものである。
本発明によれば、半導体スイッチング素子等の浮遊容量に起因して主回路を流れる高周波電流とほぼ等しい共振周波数を有する並列回路を電力用半導体モジュールの内部に作り込み、または電力用半導体モジュールの外部に付加することにより、上記共振周波数における前記並列回路のインピーダンスを増加させて放射ノイズ源となる主回路の高周波電流を減少させることができる。これにより、放射ノイズをCISPR規格等の規定範囲内に抑制でき、外部機器の動作障害を解消すると共にノイズ対策費用の軽減にも寄与することができる。
更に、既存の電力用半導体モジュールに僅かな部品を外付けするだけでも実現可能であるから、低コストにて提供できる等の利点がある。
更に、既存の電力用半導体モジュールに僅かな部品を外付けするだけでも実現可能であるから、低コストにて提供できる等の利点がある。
以下、図に沿って本発明の実施形態を説明する。
まず、図1は本発明の実施形態を示す主要部の平面図であって、例えば、電圧形インバータの一相分上下アームのスイッチング素子及び環流ダイオードを備えた電力用半導体装置としての電力用半導体モジュールを示している。この図1は、前述した図16(a)のようにモジュールの外囲体を除去した主要部の平面図に相当しており、便宜的にU相用のモジュール5UAであるものとして以下に説明する。なお、他相(V相、W相)用のモジュールも同一の構成である。
まず、図1は本発明の実施形態を示す主要部の平面図であって、例えば、電圧形インバータの一相分上下アームのスイッチング素子及び環流ダイオードを備えた電力用半導体装置としての電力用半導体モジュールを示している。この図1は、前述した図16(a)のようにモジュールの外囲体を除去した主要部の平面図に相当しており、便宜的にU相用のモジュール5UAであるものとして以下に説明する。なお、他相(V相、W相)用のモジュールも同一の構成である。
図1において、図16(a)と同一の構成要素には同一の参照番号を付して説明を省略し、以下では図16(a)と異なる部分を中心に説明する。
図1に示すモジュール5UAが図16(a)と異なるのは、直流負側電位の銅箔パターンを二分割して分割銅箔パターン22a,22bとし、両パターン間をボンディングワイヤ34及びコンデンサチップ35にて接続した点である。なお、図1において、18Aは、絶縁層19と銅箔パターン20,21,22a,22bとによって構成される絶縁基板を示す。
この実施形態の回路構成は図2のようになり、下アームのスイッチング素子チップ25と環流ダイオードチップ26との並列回路と直流負側端子との間に、ボンディングワイヤ34によるインダクタンスとコンデンサチップ35の容量とによるLC並列回路が接続された状態となる。なお、ボンディングワイヤ34によるインダクタンス値は、通常、数[nH]である。
図1に示すモジュール5UAが図16(a)と異なるのは、直流負側電位の銅箔パターンを二分割して分割銅箔パターン22a,22bとし、両パターン間をボンディングワイヤ34及びコンデンサチップ35にて接続した点である。なお、図1において、18Aは、絶縁層19と銅箔パターン20,21,22a,22bとによって構成される絶縁基板を示す。
この実施形態の回路構成は図2のようになり、下アームのスイッチング素子チップ25と環流ダイオードチップ26との並列回路と直流負側端子との間に、ボンディングワイヤ34によるインダクタンスとコンデンサチップ35の容量とによるLC並列回路が接続された状態となる。なお、ボンディングワイヤ34によるインダクタンス値は、通常、数[nH]である。
ここで、LC並列回路のインピーダンス特性は図3の通りであり、ボンディングワイヤ34によるインダクタンス値をL'とし、コンデンサチップ35による容量値をC'とすると、LC並列回路の共振周波数fr=1/{(2π√(L'C')}でインピーダンスZが最大となるようなノッチフィルタ特性となる。
本実施形態では、前述したようにモジュール5UAがインバータ等の電力変換装置に適用されることを想定して、上記共振周波数frを30[MHz]付近に設定することが望ましい。勿論、電力変換装置のスイッチング周波数に応じて、共振周波数frを任意の値に設定できることは言うまでもなく、CISPR規格の周波数範囲内の任意の値に設定してもよい。なお、実用上は、共振周波数frを20[MHz]以上の値に設定することも考えられる。
このため、コンデンサチップ35の容量値としては、5〜10[nF]程度の値にすればよい。
本実施形態では、前述したようにモジュール5UAがインバータ等の電力変換装置に適用されることを想定して、上記共振周波数frを30[MHz]付近に設定することが望ましい。勿論、電力変換装置のスイッチング周波数に応じて、共振周波数frを任意の値に設定できることは言うまでもなく、CISPR規格の周波数範囲内の任意の値に設定してもよい。なお、実用上は、共振周波数frを20[MHz]以上の値に設定することも考えられる。
このため、コンデンサチップ35の容量値としては、5〜10[nF]程度の値にすればよい。
上記のように、本実施形態によれば、ボンディングワイヤ34及びコンデンサチップ35を銅箔パターン22a,22bの間に接続して図2の電流経路33上にLC並列回路を形成し、その共振周波数をスイッチング素子8等の浮遊容量に起因する高周波電流の周波数付近に設定することにより、前記LC並列回路を放射ノイズ低減用のフィルタ回路として動作させ、特定周波数(共振周波数)におけるインピーダンスを大きくすることができる。従って、前述した数式2における電流iを減少させ、数式1の電界の最大値Epeakを減少させることで放射ノイズを規定範囲内に抑制することが可能になる。
次に、図4は本発明の第2実施形態を示す主要部の平面図である。
この電力用半導体モジュール5UBは、U相出力電位の銅箔パターンを二分割して分割銅箔パターン21a,21bとし、両パターン間をボンディングワイヤ34及びコンデンサチップ35にて接続したものであり、その他の構成は図16(a)と同様である。なお、18Bは、絶縁層19と銅箔パターン20,21a,21b,22とによって構成される絶縁基板を示す。
この電力用半導体モジュール5UBは、U相出力電位の銅箔パターンを二分割して分割銅箔パターン21a,21bとし、両パターン間をボンディングワイヤ34及びコンデンサチップ35にて接続したものであり、その他の構成は図16(a)と同様である。なお、18Bは、絶縁層19と銅箔パターン20,21a,21b,22とによって構成される絶縁基板を示す。
この実施形態の回路構成は図5または図6となり、第1実施形態と同様に、電流経路33上にボンディングワイヤ34及びコンデンサチップ35からなるLC並列回路が形成されるので、その共振周波数を前記同様に30[MHz]付近に設定することにより、経路33上の電流iを減少させて放射ノイズを規定範囲内に抑制することができる。
図7は、本発明の第3実施形態を示す主要部の平面図である。
この電力用半導体モジュール5UCは、直流正側電位の銅箔パターンを二分割して分割銅箔パターン20a,20bとし、両パターン間をボンディングワイヤ34及びコンデンサチップ35にて接続したものであり、その他の構成は図16(a)と同様である。なお、18Cは、絶縁層19と銅箔パターン20a,20b,21,22とによって構成される絶縁基板を示す。
この電力用半導体モジュール5UCは、直流正側電位の銅箔パターンを二分割して分割銅箔パターン20a,20bとし、両パターン間をボンディングワイヤ34及びコンデンサチップ35にて接続したものであり、その他の構成は図16(a)と同様である。なお、18Cは、絶縁層19と銅箔パターン20a,20b,21,22とによって構成される絶縁基板を示す。
この実施形態の回路構成は図8となり、第1,第2実施形態と同様に、電流経路33上においてボンディングワイヤ34及びコンデンサチップ35により形成されるLC並列回路の共振周波数を30[MHz]付近に設定することにより、経路33上の電流iを減少させて放射ノイズを規定範囲内に抑制することができる。
次に、図9は本発明の第4実施形態を示す主要部の平面図である。
この実施形態の構成は図1の第1実施形態と概ね同一であるが、異なるのは、前記ボンディングワイヤ34をフェライトなどの磁性材料36の内部に貫通させた点である。この場合には、ボンディングワイヤ34及び磁性材料36を含むインダクタンスとコンデンサチップ35の容量により形成されるLC並列回路の共振周波数を30[MHz]付近に設定する。回路構成は、前述した図2と実質的に同様である。
この実施形態の構成は図1の第1実施形態と概ね同一であるが、異なるのは、前記ボンディングワイヤ34をフェライトなどの磁性材料36の内部に貫通させた点である。この場合には、ボンディングワイヤ34及び磁性材料36を含むインダクタンスとコンデンサチップ35の容量により形成されるLC並列回路の共振周波数を30[MHz]付近に設定する。回路構成は、前述した図2と実質的に同様である。
本実施形態においては、ボンディングワイヤ34を磁性材料36に貫通させることでインダクタンス値を増加させ、相対的にコンデンサチップ35の容量を小さくすることができる。
なお、上記のようにボンディングワイヤ34を磁性材料36に貫通させる着想は、第2,第3実施形態にも適用可能である。
なお、上記のようにボンディングワイヤ34を磁性材料36に貫通させる着想は、第2,第3実施形態にも適用可能である。
なお、上記第1〜第4実施形態では、絶縁層19の上面の既存の銅箔パターンを二分割し、これらの分割された銅箔パターンの間をボンディングワイヤ34により接続してインダクタンスを形成しているが、スイッチング素子チップ23,25の電極(エミッタまたはコレクタ)と図16(b)に示した外部導出電極10pまたは10nとがボンディングワイヤにより接続されている場合には、敢えて銅箔パターンを二分割しなくてもこれらのボンディングワイヤを利用してインダクタンスを形成することができる。また、スイッチング素子チップ23,25の電極が接続された銅箔パターンと、外部導出電極10pまたは10nが接続された銅箔パターンとがボンディングワイヤにより接続されている場合にも、これらのボンディングワイヤを利用してインダクタンスを形成することができ、何れにしても、既存のボンディングワイヤや銅箔パターンを利用して所定のインダクタンスを確保することも可能である。
次いで、図10は本発明の第5実施形態を示す構成図である。この実施形態は、第1〜第4実施形態と異なり、放射ノイズを低減するためのLC並列回路を、電力用半導体モジュールの外部に設けたものである。
図10において、5Uは図15〜図17等に示したU相の電力用半導体モジュールであり、その直流正側電極10Pは配線用バー11a、ワイヤ等の配線材37及びコンデンサチップ35の並列回路、配線用バー11bを介してスナバコンデンサ6及び電解コンデンサ3の各一端に接続されている。また、スナバコンデンサ6及び電解コンデンサ3の各他端は、配線用バー12を介して直流負側電極10Nに接続されている。なお、10Uは交流出力電極である。
この実施形態では、上記配線材37のインダクタンスとコンデンサチップ35の容量とによってLC並列回路が形成され、このLC並列回路が図2等に示した電流経路33上に設けられることになる。
従って、上記LC並列回路の共振周波数を30[MHz]付近に設定することにより、第1〜第4実施形態と同様の作用効果を得ることができる。この実施形態の回路構成は図11に示す通りである。
また、配線材37及びコンデンサチップ35の並列回路は、直流負電位側の配線用バー12を二分割してその間に接続しても良く、その場合の回路構成は図12のようになる。
従って、上記LC並列回路の共振周波数を30[MHz]付近に設定することにより、第1〜第4実施形態と同様の作用効果を得ることができる。この実施形態の回路構成は図11に示す通りである。
また、配線材37及びコンデンサチップ35の並列回路は、直流負電位側の配線用バー12を二分割してその間に接続しても良く、その場合の回路構成は図12のようになる。
図13は本発明の第6実施形態を示す構成図であり、第5実施形態と同様に、放射ノイズを低減するためのLC並列回路を、電力用半導体モジュールの外部に設けたものである。
この実施形態は、直流正電位側の配線用バー11の途中に幅狭の連絡部11cを形成し、この連絡部11cを磁性材料36により包囲すると共に、これらのインダクタンスと連絡部11cに並列接続されるコンデンサチップ35の容量とによってLC並列回路を構成したものである。
この実施形態は、直流正電位側の配線用バー11の途中に幅狭の連絡部11cを形成し、この連絡部11cを磁性材料36により包囲すると共に、これらのインダクタンスと連絡部11cに並列接続されるコンデンサチップ35の容量とによってLC並列回路を構成したものである。
上記LC並列回路も図2等に示した電流経路33上に設けられており、その共振周波数を30[MHz]付近に設定することにより、第1〜第4実施形態と同様の作用効果を得ることができる。なお、上記LC並列回路も直流負電位側の配線用バー12側に設けることが可能である。
本実施形態の回路構成は、第5実施形態と同様に図11または図12となる。
本実施形態の回路構成は、第5実施形態と同様に図11または図12となる。
上述した第5,第6実施形態によれば、電力用半導体モジュール5Uとして図15,図16に示した従来製品を使用することが可能であり、その外部に配線バー11,11a,11b,12や配線材37、コンデンサチップ35、磁性材料36等を外付けするだけで簡単に放射ノイズ抑制効果を得ることができる。従って、既存の電力変換装置に対する放射ノイズ低減対策として極めて有効である。
1:交流電源
2:ダイオード整流器モジュール
3:電解コンデンサ
4:負荷
5U,5UA,5UB,5UC,5UD:電力用半導体モジュール
6:スナバコンデンサ
8:半導体スイッチング素子
9:環流ダイオード
10P:直流正側電極
10N:直流負側電極
10U:交流出力電極
11,11a,11b,12:配線用バー
11c:連絡部
17:銅基板
18A,18B,18C:絶縁基板
19:絶縁層
20,20a,20b,21,21a,21b,22,22a,22b:銅箔パターン
23,25:スイッチング素子チップ
24,26:環流ダイオードチップ
27〜30,34:ボンディングワイヤ
35:コンデンサチップ
36:磁性材料
37:配線材
2:ダイオード整流器モジュール
3:電解コンデンサ
4:負荷
5U,5UA,5UB,5UC,5UD:電力用半導体モジュール
6:スナバコンデンサ
8:半導体スイッチング素子
9:環流ダイオード
10P:直流正側電極
10N:直流負側電極
10U:交流出力電極
11,11a,11b,12:配線用バー
11c:連絡部
17:銅基板
18A,18B,18C:絶縁基板
19:絶縁層
20,20a,20b,21,21a,21b,22,22a,22b:銅箔パターン
23,25:スイッチング素子チップ
24,26:環流ダイオードチップ
27〜30,34:ボンディングワイヤ
35:コンデンサチップ
36:磁性材料
37:配線材
Claims (9)
- 半導体スイッチング素子のチップが銅箔パターン上にマウントされた電力用半導体モジュールからなる電力用半導体装置において、
前記半導体スイッチング素子及び前記銅箔パターンを含む主回路上で前記半導体スイッチング素子に直列に、放射ノイズ低減用のフィルタ回路として、インダクタンスとコンデンサとの並列回路を接続したことを特徴とする電力用半導体装置。 - 請求項1に記載した電力用半導体装置において、
前記インダクタンスを、同一電位の前記銅箔パターン同士を接続するボンディングワイヤにより構成したことを特徴とする電力用半導体装置。 - 請求項2に記載した電力用半導体装置において、
直流正側電位,直流負側電位,交流出力電位の各銅箔パターンを備え、これらのうちの何れかの銅箔パターンを二分割してなる分割パターン同士をボンディングワイヤにより接続したことを特徴とする電力用半導体装置。 - 請求項1〜3の何れか1項に記載した電力用半導体装置において、
前記コンデンサを、前記銅箔パターン上にマウントされるコンデンサチップにより構成したことを特徴とする電力用半導体装置。 - 半導体スイッチング素子のチップが銅箔パターン上にマウントされた電力用半導体モジュールを備えた電力用半導体装置において、
前記電力用半導体モジュールの外部に配置されて前記半導体スイッチング素子を含む主回路の配線上で、前記半導体スイッチング素子に直列に、放射ノイズ低減用のフィルタ回路として、インダクタンスとコンデンサとの並列回路を接続したことを特徴とする電力用半導体装置。 - 請求項1〜5の何れか1項に記載した電力用半導体装置において、
前記並列回路の共振周波数を、
前記半導体スイッチング素子の動作に伴って前記主回路に流れる共振電流の周波数とほぼ等しく設定することを特徴とする電力用半導体装置。 - 請求項6に記載した電力用半導体装置において、
前記並列回路の共振周波数をほぼ20[Hz]以上としたことを特徴とする電力用半導体装置。 - 請求項6に記載した電力用半導体装置において、
前記並列回路の共振周波数をほぼ30[Hz]としたことを特徴とする電力用半導体装置。 - 請求項1〜8の何れか1項に記載した電力用半導体装置において、
前記電力用半導体モジュールは、前記銅箔パターン上にマウントされて前記半導体スイッチング素子と逆並列に接続される環流ダイオードを備えたことを特徴とする電力用半導体装置。
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Country Status (1)
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JP (1) | JP2006196721A (ja) |
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Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
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JP2011018740A (ja) * | 2009-07-08 | 2011-01-27 | Nippon Inter Electronics Corp | パワー半導体モジュール |
JP2012038925A (ja) * | 2010-08-06 | 2012-02-23 | Jtekt Corp | 素子実装基板の組み立て方法 |
JP2013175727A (ja) * | 2012-02-23 | 2013-09-05 | Semikron Elektronik Gmbh & Co Kg | 半導体モジュール |
US10411589B2 (en) | 2014-12-22 | 2019-09-10 | Mitsubishi Electric Corporation | Power conversion apparatus and power semiconductor module |
-
2005
- 2005-01-14 JP JP2005007034A patent/JP2006196721A/ja active Pending
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