JP2016174502A - 半導体装置 - Google Patents

Abstract

【課題】本明細書は、半導体装置の構造の一部を利用して構成するＹコンデンサの容量を適切に調整し、コモンモードノイズを効果的に抑制する技術を提供する。【解決手段】本明細書が開示する半導体装置は、パワーモジュール１０を備える。パワーモジュール１０は、そのスイッチング素子６の第１電極Ｐと導通している導電板１３ａと、第２電極Ｎと導通している導電板１３ｂとを封止している。導電板１３ａと絶縁板２１ａと支持板５６ａによって容量Ｃ１の第１Ｙコンデンサが構成されている。導電板１３ｂと絶縁板２１ｂと支持板５６ｂによって容量Ｃ２の第２Ｙコンデンサが構成されている。第１及び第２Ｙコンデンサが無いときの第１電極Ｐとグランドとの間のインピーダンスＺ１と、第２電極Ｎとグランドとの間のインピーダンスＺ２がＺ１＞Ｚ２の関係を満たしており、容量Ｃ１と容量Ｃ２がＣ１＜Ｃ２の関係を満たしている。【選択図】図６

Description

本発明は、半導体装置に関する。特に、半導体装置が内蔵するスイッチング素子のスイッチング動作に起因するコモンモードノイズを低減する半導体装置に関する。

スイッチング素子を有する半導体装置では、スイッチング素子のスイッチング動作に伴う高周波ノイズ電流がグランドに伝搬するいわゆるコモンモードノイズが発生する。コモンモードノイズを低減する一つの方法は、スイッチング素子を含む回路とグランドとの間にノイズ除去用コンデンサを挿入することである。コモンモードノイズ除去用のコンデンサは、一般に、Ｙコンデンサと呼ばれている。

汎用のコンデンサ素子をＹコンデンサとして半導体装置に組み込む代わりに、半導体装置の構造の一部を利用してＹコンデンサを構築する技術が提案されている（例えば、特許文献１、特許文献２）。特許文献１に開示された技術では、スイッチング素子を収容する半導体モジュールの端子に導体を接続する。その導体をグランド電位の別の導体（特許文献１では「アース導体」と称している）に対して平行に延ばし、端子に接続された導体と別の導体との間に誘電体を挟んでＹコンデンサを構成する。グランド電位の別の導体には、半導体モジュールを搭載する金属板が利用される。特許文献２に開示された半導体装置は、スイッチング素子と、そのスイッチング素子の電極と接続されている電極板を封止している半導体モジュールを備える。半導体モジュールは、絶縁体を介して一対の保持板で保持される。保持板は導電材で作られている。保持板はグランドと導通しており、保持板と絶縁体と電極板によってＹコンデンサが構成される。

特開２０１３−２１９９１９号公報 特開２００５−７３３４２号公報

特許文献１、２に開示された技術は、単にＹコンデンサを、半導体装置の構造の一部を利用して構成しているに過ぎない。本明細書は、半導体装置の構造の一部を利用して構成するＹコンデンサの容量を適切に調整し、コモンモードノイズを効果的に抑制する技術を提供する。

本明細書が開示する半導体装置は、パワーモジュールと、第１及び第２絶縁部材と、第１〜第４導電板を備える。パワーモジュールは、所定の電子回路の一部を構成しているスイッチング素子を封止している。所定の電子回路とは、例えば、電力変換回路である。パワーモジュールは、また、第１、第２導電板も封止している。パワーモジュールの内部で、第１導電板はスイッチング素子の第１電極と導通しており、第２導電板はスイッチング素子の第２電極と導通している。第３導電板は、第１絶縁部材を挟んで第１導電板と対向するようにパワーモジュールに隣接配置されている。第４導電板は、第２絶縁部材を挟んで第２導電板と対向するようにパワーモジュールに隣接配置されている。第３導電板と第４導電板は、半導体装置のハウジングと導通している。第１導電板と第１絶縁部材と第３導電板によって第１Ｙコンデンサが構成される。第２導電板と第２絶縁部材と第４導電板によって第２Ｙコンデンサが構成される。本明細書が開示する半導体装置では、第１及び第２Ｙコンデンサが無いときの第１電極とグランドとの間のインピーダンスＺ１と、第２電極とグランドとの間のインピーダンスＺ２がＺ１＞Ｚ２の関係を満たしている。このとき、第１Ｙコンデンサの容量Ｃ１と第２Ｙコンデンサの容量Ｃ２が、Ｃ１＜Ｃ２の関係を満たしている。

詳しくは実施例で述べるが、上記の半導体装置では、スイッチング動作に起因するコモンモードノイズの伝搬経路を表す等価回路が、スイッチング素子を中心とするブリッジ回路を構成する。今、第１ＹコンデンサのインピーダンスをＺＹ１と表記し、第２ＹコンデンサのインピーダンスをＺＹ２で表記すると、そのブリッジ回路は、理想的には、Ｚ１×ＺＹ２＝Ｚ２×ＺＹ１の関係が成立するときに、インピーダンスがバランスし、コモンモードノイズは流れない。Ｚ１×ＺＹ２＝Ｚ２×ＺＹ１の関係が成立せずとも、Ｚ１×ＺＹ２とＺ２×ＺＹ１の差が小さいほど、グランドに流れるコモンモードノイズが抑制される。即ち、Ｚ１＞Ｚ２のとき、ＺＹ１＞ＺＹ２であれば、コモンモードノイズが抑制される。一方、コンデンサはその容量が大きいほどインピーダンスが小さくなる。それゆえ、Ｃ１＜Ｃ２の関係が成立すれば、ＺＹ１＞ＺＹ２の関係が成立する。即ち、Ｚ１＞Ｚ２の関係が成立するときに、Ｃ１＜Ｃ２の関係が成立すれば、コモンモードノイズが抑制される。

なお、スイッチング素子が電極Ａと電極Ｂを有しており、電極Ａとグランドとの間のインピーダンスＺＡと、電極Ｂとグランドとの間のインピーダンスＺＢの関係がＺＡ＞ＺＢのときには電極Ａを第１電極とみなし、電極Ｂを第２電極とみなす。反対に、ＺＡ＜ＺＢのときには、電極Ｂを第１電極とみなし、電極Ａを第２電極とみなす。

本明細書が開示する技術の詳細とさらなる改良は以下の「発明を実施するための形態」にて説明する。

第１実施例の半導体装置（昇圧コンバータ回路）の回路図である。 昇圧コンバータ回路のコモンモードノイズの伝搬経路を表す等価回路図である。 第１実施例の半導体装置の平面図である。 図３のIV−IV線における断面図である。 パワーモジュールとその両側の支持板の分解斜視図である。 パワーモジュールとその両側の部品の断面図である。 第２実施例の半導体装置（双方向ＤＣ−ＤＣコンバータ回路）の回路図である。 双方向ＤＣ−ＤＣコンバータ回路のコモンモードノイズの伝搬経路を表す等価回路図である。 第２実施例の半導体装置の平面図である。 図９のX−X線における断面図である。 パワーモジュールとその両側の冷却器の断面図である。 変形例のＹコンデンサの断面図である。

（第１実施例）図１−図６を参照して第１実施例の半導体装置１を説明する。第１実施例の半導体装置１は、チョッパー型の昇圧コンバータ回路２を有する。図１に、半導体装置１の回路図、即ち、昇圧コンバータ回路２の回路図を示す。

昇圧コンバータ回路２は、電気自動車に搭載されるデバイスであり、バッテリ９１の電圧を昇圧して出力する。出力された電力は、例えば、走行用モータを駆動するインバータに供給される。

昇圧コンバータ回路２は、入力正極端３ａと入力負極端３ｂに印加された電圧を昇圧して出力正極端７ａと出力負極端７ｂに出力する。昇圧コンバータ回路２は、フィルタコンデンサ４、リアクトル５、スイッチング素子６を備える。フィルタコンデンサ４は、入力正極端３ａと入力負極端３ｂの間に接続されている。リアクトル５は、入力正極端３ａと出力正極端７ａの間に接続されている。入力負極端３ｂと出力負極端７ｂは直結されている。スイッチング素子６は、リアクトル５の出力正極端側と出力負極端７ｂの間に接続されている。スイッチング素子６は、具体的にはＩＧＢＴ（Insulated Gate Bipolar Transistor）である。図１に示す回路は良く知られているので動作の説明は省略する。

符号１０が示す破線矩形は、後述するパワーモジュールを示している。即ち、パワーモジュール１０の中にスイッチング素子６が収容されている。符号Ｐは、スイッチング素子６の高電位側の電極を示しており、符号Ｎはスイッチング素子６の低電位側の電極を示している。具体的には、一方の電極Ｐはスイッチング素子６のコレクタ電極であり、他方の電極Ｎはスイッチング素子６のエミッタ電極である。

図１に示すグランドＧ１、Ｇ２は、スイッチング素子６のスイッチング動作に伴う高周波ノイズ電流（スイッチングノイズ）が流れるグランドを示しており、昇圧コンバータ回路２と結線されてはいない。グランドＧ１は、例えば半導体装置１とバッテリ９１が搭載される車両のボディ９５に相当する。例えば半導体装置１は、車両のフロントコンパートメントあるいはリアコンパートメントに搭載され、バッテリ９１は車室内のシート下に搭載される。半導体装置１とグランドＧ１は、結線されてはいないが、半導体装置１のハウジング、バッテリ９１のハウジング、あるいは、半導体装置１とバッテリ９１を連結するパワーケーブルなどから、寄生容量を経由して車両のボディ９５へと伝わる。寄生容量とは、車載機器とボディ９５と物理的な構造に起因して意図せずに形成されてしまう容量のことである。寄生容量を介したグランドＧ１へのノイズ伝達経路は、ボディ９５の各所に存在するが、図１では、複数の寄生容量を一つの寄生容量ＳＣで代表している。

ボディ９５へ伝搬したコモンモードノイズは、車両のラジオの音声に悪影響を及ぼす。コモンモードノイズを低減するため、半導体装置１は、後述するＹコンデンサ２３、２４を備えている。

グランドＧ２は、半導体装置１のハウジング５０（後述）に相当する。半導体装置１のハウジング５０は導電性の金属で作られており、車両のボディに導通している。半導体装置１のハウジング５０とボディ９５との間の抵抗８は、例えば５０オーム程度であり、極めて小さい。

スイッチング素子６の一方の電極ＰとグランドＧ２の間にはＹコンデンサ２３が接続されており、他方の電極ＮとグランドＧ２の間にはＹコンデンサ２４が接続されている。Ｙコンデンサ２３とＹコンデンサ２４は、グランドＧ１へ流れるコモンモードノイズを低減するために設けられている。詳しくは後述するが、Ｙコンデンサ２３、２４は、パワーモジュール１０とその周辺の構造を利用して形成されている。

グランドＧ１とＧ２を分けているのは次の理由による。グランドＧ１は、寄生容量ＳＣを介したノイズ伝達経路を表している。グランドＧ２は、上記したＹコンデンサ２３、２４を介したノイズ伝達経路を表している。グランドＧ１とグランドＧ２は、ともに、半導体装置１のスイッチングノイズが伝達されるグランドであるとみなせることに留意されたい。

スイッチングノイズ（コモンモードノイズ）の伝搬経路を表す等価回路を図２に示す。図１の昇圧コンバータ回路２は、１００ボルト程度の電圧と数十アンペア程度の電流を扱う。そのような昇圧コンバータ回路２では、スイッチングノイズの周波数は、１［ＭＨｚ］〜１００［ＭＨｚ］程度であり、フィルタコンデンサ４の容量は１［マイクロファラド」〜１００［マイクロファラド］程度である。そのような規模の回路の場合、スイッチングノイズは、フィルタコンデンサ４をほとんど無抵抗で流れる。すなわち、コモンモードノイズの伝搬経路においては、入力正極端３ａと入力負極端３ｂは短絡状態とみなせる。それゆえ、図２の等価回路では、図１の入力正極端３ａと入力負極端３ｂを一つのポイント（ポイントＡ）で表している。即ち、ポイントＡは、グランドＧ１に等しい。また、説明の便宜上、先に述べた寄生容量ＳＣは、ポイントＡとポイントＰ（スイッチング素子６の電極Ｐ）の間、及び、ポイントＡとポイントＮ（スイッチング素子６の電極Ｎ）の間の経路に含める。さらに、説明の便宜上、Ｙコンデンサ２３、２４のグランドＧ２側をポイントＢで表している。即ち、ポイントＢは、グランドＧ２に等しい。「ポイントＡ」、「ポイントＢ」との呼称は、説明の便宜上のものである。なお、Ｙコンデンサの容量は、１００［ピコファラド］〜１０［ナノファラド］程度である。

図２に示されているように、スイッチング素子６の電極ＰとポイントＡの間にリアクトル５が接続される。スイッチング素子６の電極ＰとポイントＢの間にはＹコンデンサ２３が接続される。スイッチング素子６の電極ＮとポイントＢの間には、Ｙコンデンサ２４が接続される。なお、図２では、図１で示した寄生容量ＳＣの図示は省略した。

図２に示すように、昇圧コンバータ回路２について、コモンモードノイズの伝搬経路を表す等価回路は、スイッチング素子６を中心とするブリッジ回路を構成する。今、電極ＰとポイントＡ（グランドＧ１）の間のインピーダンスをＺ_ＰＡ、電極ＮとポイントＡ（グランドＧ１）の間のインピーダンスをＺ_ＮＡとする。別言すれば、インピーダンスＺ_ＰＡは、寄生容量ＳＣを介した電極ＰからグランドＧ１までのコモンモードノイズ伝搬経路のインピーダンスに相当し、インピーダンスＺ_ＰＢは、寄生容量ＳＣを介した電極ＮからグランドＧ１までのコモンモードノイズ伝搬経路のインピーダンスに相当する。また、電極ＰからポイントＢ（グランドＧ２）までのコモンモードノイズ伝搬経路のインピーダンスをＺ_ＰＢ、電極ＮからポイントＢ（グランドＧ２）までのコモンモードノイズ伝搬経路のインピーダンスをＺ_ＮＢとする。インピーダンスＺ_ＰＢは、Ｙコンデンサ２３のインピーダンスに相当する。インピーダンスをＺ_ＮＢは、Ｙコンデンサ２４のインピーダンスに相当する。インピーダンスＺ_ＰＡは、別言すれば、電極ＰからグランドＧ１までのコモンモードノイズ伝搬経路の中で、Ｙコンデンサ２３、２４以外を通るコモンモードノイズ伝搬経路のインピーダンスに相当する。インピーダンスＺ_ＮＡは、電極ＮからグランドＧ１までのコモンモードノイズ伝搬経路の中で、Ｙコンデンサ２３、２４以外を通るコモンモードノイズ伝搬経路のインピーダンスに相当する。

インピーダンスＺ_ＰＡ、Ｚ_ＮＡを求めるには、Ｙコンデンサ２３、２４を外して電極Ｐ、ＮとグランドＧ１までのインピーダンスを計測すればよい。その意味では、インピーダンスＺ_ＰＡは、Ｙコンデンサ２３、２４が無いときの電極Ｐからグランドまでのインピーダンスに相当し、インピーダンスＺ_ＮＡは、Ｙコンデンサ２３、２４が無いときの電極Ｎからグランドまでのインピーダンスに相当する。

以下、グランドＧ１とグランドＧ２を合わせて総称する場合には、グランドＧと表記する。また、以下では、コモンモードノイズを単純にノイズと称する場合がある。図２のブリッジ回路において、Ｚ_ＰＡ・Ｚ_ＮＢ＝Ｚ_ＰＢ・Ｚ_ＮＡが成立すれば、ポイントＡとポイントＢが等電位となり、理論的には、グランドＧにコモンモードノイズは流れない。Ｚ_ＰＡ・Ｚ_ＮＢの値とＺ_ＰＢ・Ｚ_ＮＡの値との差が小さいほど、グランドＧに流れるノイズは抑制される。従って、例えば、Ｚ_ＰＡ＞Ｚ_ＮＡの関係が成立するとき、Ｚ_ＰＢ＞Ｚ_ＮＢの関係が成立すれば、グランドＧに流れるノイズを低減できる。また、仮に、Ｚ_ＰＡ＜Ｚ_ＮＡの関係が成立するときには、Ｚ_ＰＢ＜Ｚ_ＮＢの関係が成立すれば、ノイズを低減できる。

一方、コンデンサのインピーダンスは、コンデンサの容量と相関がある。具体的には、コンデンサの容量が大きいほどインピーダンスが小さくなる。Ｙコンデンサ２３の容量を記号Ｃ_Ｐで表し、Ｙコンデンサ２４の容量を符号Ｃ_Ｎで表す。Ｃ_Ｐ＞Ｃ_Ｎの関係が成立すれば、Ｚ_ＰＢ＜Ｚ_ＮＢの関係が成立する。Ｃ_Ｐ＜Ｃ_Ｎの関係が成立すれば、Ｚ_ＰＢ＞Ｚ_ＮＢの関係が成立する。従って、Ｚ_ＰＡ＞Ｚ_ＮＡの関係が成立するとき、Ｃ_Ｐ＜Ｃ_Ｎの関係が成立すれば、ノイズを低減できる。また、Ｚ_ＰＡ＜Ｚ_ＮＡの関係が成立するときは、Ｃ_Ｐ＞Ｃ_Ｎの関係が成立すれば、ノイズを低減できる。

先に述べたように、インピーダンスＺ_ＰＡ、Ｚ_ＮＡは、Ｙコンデンサ２３、２４を外して電極Ｐ、ＮとグランドＧ１までのインピーダンスを計測すれば得ることができる。インピーダンスＺ_ＰＡ、Ｚ_ＮＡを計測し、得られたインピーダンスに基づいて、Ｙコンデンサ２３、２４の容量を決めればよい。

以上の事項をまとめると次のように表現することができる。Ｙコンデンサ２３、２４が無い場合の回路において、電極Ｐと電極Ｎのうち、グランドＧ（グランドＧ１）との間のインピーダンスが大きい方の電極を「第１電極」と表記し、インピーダンスが小さい方の電極を「第２電極」と表記する。そして、第１電極とグランドＧ（グランドＧ２）の間に接続されているＹコンデンサを「第１Ｙコンデンサ」と表記し、第２電極とグランドＧ（グランドＧ２）の間に接続されているＹコンデンサを「第２Ｙコンデンサ」と表記する。第１Ｙコンデンサの容量を「Ｃ１」と表記し、第２Ｙコンデンサの容量を「Ｃ２」と表記する。第１、第２Ｙコンデンサが接続されていないときの第１電極とグランドＧ（グランドＧ１）との間のインピーダンスを「Ｚ１」と表記し、第２電極とグランドＧ（グランドＧ１）との間のインピーダンスを「Ｚ２」と表記する。Ｚ１＞Ｚ２の関係が成立する。このとき、Ｃ１＜Ｃ２の関係が成立すれば、コモンモードノイズを効果的に低減することができる。

図２の等価回路では、ポイントＰＡ間にはリアクトル５が接続されており、ポイントＮＡ間は直結である。それゆえ、明らかに、Ｚ_ＰＡ＞Ｚ_ＮＡの関係が成立する。従って、電極Ｐが上記した第１電極に対応し、電極Ｎが上記した第２電極に相当する。また、Ｚ_ＰＡがＺ１に対応し、Ｚ_ＮＡがＺ２に対応する。そうすると、Ｙコンデンサ２３が第１Ｙコンデンサに対応し、その容量はＣ１（Ｃ_Ｐ）である。また、Ｙコンデンサ２４は第２Ｙコンデンサに対応し、その容量はＣ２（Ｃ_Ｎ）である。従って、Ｃ１＜Ｃ２（Ｃ_Ｐ＜Ｃ_Ｎ）の関係が成立すれば、コモンモードノイズを低減できる。

仮に、リアクトル５のインダクタンスが大きい場合、Ｚ_ＰＡ＞＞Ｚ_ＮＡ（Ｚ１＞＞Ｚ２）の関係が成立する。その場合には、Ｃ_Ｐ＜＜Ｃ_Ｎ（Ｃ１＜＜Ｃ２）の関係が成立すれば、さらに効果的に高周波ノイズ（スイッチングノイズ）を低減できる。また、Ｚ_ＰＡ／Ｚ_ＮＡ＝Ｃ_Ｎ／Ｃ_Ｐの関係が成立すれば、図２の等価回路でインピーダンス群がバランスし、より一層、コモンモードノイズを抑制することができる。

Ｙコンデンサ２３、２４は、汎用のコンデンサ素子ではなく、半導体装置１のハードウエア構成を利用して形成される。次に、図３−図６を使ってＹコンデンサ２３、２４のハードウエア構成を説明する。

図３は、半導体装置１の平面図である。図３は、ハウジング５０の中の部品レイアウトが理解できるように、カバーを外した図である。図４は、図３のIV−IV線における断面図である。図４は、ハウジング５０だけが断面で表されており、内部の部品は側面図で表されている。ハウジング５０には、パワーモジュール１０、コンデンサユニット５４、リアクトルユニット５５が収容されている。コンデンサユニット５４の中に、図１のフィルタコンデンサ４が収容されている。符号５４ａ、５４ｂが、コンデンサユニット５４の端子を示している。リアクトルユニット５５の中に、図１のリアクトル５が収容されている。符号５５ａ、５５ｂが、リアクトルユニット５５の端子を示している。先に述べたように、パワーモジュール１０の中に、スイッチング素子６が収容されている。符号１２ａ、１２ｂが、パワーモジュール１０の端子を示している。端子１２ａ、１２ｂが、夫々、図１に示したスイッチング素子６の電極Ｐ、電極Ｎに相当する。リアクトルユニット５５の端子、コンデンサユニット５４の端子、パワーモジュール１０の端子が、バスバ５９ａ−５９ｆで接続されており、図１の回路（Ｙコンデンサ２３、２４を除く）が構成される。

バスバ５９ａには、図１の入力正極端３ａに対応する端子板５３ａが接続されている。バスバ５９ｄには、図１の入力負極端３ｂに対応する端子板５３ｂが接続されている。端子板５３ａ、５３ｂは、絶縁体５８ａを挟んでハウジング５０に接続されている。バスバ５９ｃには、図１の出力正極端７ａに対応する端子板５７ａが接続されている。５９ｆには、図１の出力負極端７ｂに対応する端子板５７ｂが接続されている。端子板５７ａ、５７ｂは、絶縁体５８ｂを挟んでハウジング５０に接続されている。

パワーモジュール１０について説明する。パワーモジュール１０は、その両側を支持板５６ａ、５６ｂで支持され、ハウジング５０に固定されている。パワーモジュール１０と支持板５６ａの間に絶縁板２１ａが挟まれている。パワーモジュール１０と支持板５６ｂの間に絶縁板２１ｂが挟まれている。一対の支持板５６ａ、５６ｂは、導電性の金属で作られている。

図５と図６を参照してパワーモジュール１０とその周辺の構造について説明する。図５に、パワーモジュール１０とその両側の支持板５６ａ、５６ｂの分解斜視図を示す。図６にパワーモジュール１０を図中のＸＹ平面でカットした断面図を示す。図６には、支持板５６ａ、５６ｂも示してある。パワーモジュール１０は、スイッチング素子６を樹脂パッケージ１４で封止したデバイスである。樹脂パッケージ１４には、スイッチング素子６のほか、スペーサ１６と２枚の導電板１３ａ、１３ｂも封止されている。スイッチング素子６は一方の面に電極Ｐが露出しており、その反対側の面に電極Ｎが露出している。樹脂パッケージ１４の内部で電極Ｐに導電板１３ａが接続している。樹脂パッケージ１４の内部で電極Ｎには、導電性のスペーサ１６を介して導電板１３ｂが接続している。別言すれば、導電板１３ａはスイッチング素子６の一方の電極Ｐと導通しており、導電板１３ｂはスイッチング素子６の他方の電極Ｎと導通している。図示されてはいないが、導電板１３ａは、パワーモジュール１０の端子１２ａに接続しており、導電板１３ｂは、パワーモジュール１０の端子１２ｂに接続している。

導電板１３ａの一面は樹脂パッケージ１４の表面に露出している。導電板１３ｂの一面は、導電板１３ａとは反対側で樹脂パッケージ１４の表面に露出している。支持板５６ａは、絶縁板２１ａを挟んで導電板１３ａと対向するようにパワーモジュール１０に隣接配置されており、支持板５６ｂは、絶縁板２１ｂを挟んで導電板１３ｂと対向するようにパワーモジュール１０に隣接配置されている。それら一対の支持板５６ａ、５６ｂは、パワーモジュール１０を両側から挟み込んでおり、パワーモジュール１０を支持している。

支持板５６ａ、５６ｂは、導電性の金属で作られており、ハウジング５０と導通している。先に述べたように、ハウジング５０が昇圧コンバータ回路２のグランドに相当する。なお、「昇圧コンバータ回路２のグランド」とは、正確には、昇圧コンバータ回路２について、スイッチング素子６のスイッチング動作に伴う高周波ノイズ電流の伝搬経路を示す等価回路のグランドＧを意味する。支持板５６ａ、５６ｂは、ハウジング５０の電位、即ちグランド電位に保持される。図６に示すように、導電板１３ａと支持板５６ａが絶縁板２１ａを挟んで対向している。そして、導電板１３ａはスイッチング素子６の電極Ｐと導通しており、支持板５６ａはハウジング５０（グランドＧ）と導通している。導電板１３ａと支持板５６ａと絶縁板２１ａが、図１と図２に示したＹコンデンサ２３を構成する。導電板１３ｂと支持板５６ｂが絶縁板２１ｂを挟んで対向している。そして、導電板１３ｂはスイッチング素子６の電極Ｎと導通しており、支持板５６ｂはハウジング５０（グランドＧ）と導通している。導電板１３ｂと支持板５６ｂと絶縁板２１ｂが、図１と図２に示したＹコンデンサ２４を構成する。図６では、上記の導電板１３ａ等がＹコンデンサ２３、２４を構成することを示すように、コンデンサ記号をパワーモジュール１０の横に仮想線で描いている。

前述したように、Ｙコンデンサ２３の容量Ｃ_ＰとＹコンデンサ２４の容量Ｃ_Ｎの間にＣ_Ｐ＜Ｃ_Ｎの関係が成立するとコモンモードノイズが抑制される。導電板１３ａと導電板１３ｂの大きさは等しく、絶縁板２１ａと絶縁板２１ｂの大きさも等しく、支持板５６ａと支持板５６ｂの大きさも等しい。また、絶縁板２１ａと絶縁板２１ｂの厚みも等しい。ここで、絶縁板の距離は、Ｙコンデンサにおける電極間距離に相当する。仮に、絶縁板２１ａと絶縁板２１ｂの誘電率が同じであれば、Ｙコンデンサ２３の容量Ｃ_ＰとＹコンデンサ２４の容量Ｃ_Ｎは等しくなる。しかし、本実施例においては、絶縁板２１ａと絶縁板２１ｂは、異なる材料で作られており、絶縁板２１ａの誘電率Ｍａは、絶縁板２１ｂの誘電率Ｍｂよりも小さい。この誘電率の相違により、Ｃ_Ｐ＜Ｃ_Ｎの関係が実現される。即ち、Ｃ_Ｐ＜Ｃ_Ｎの関係が成立するように、絶縁板２１ａ、２１ｂの夫々の誘電率と厚みが定められている。導電板１３ａ、１３ｂ、絶縁板２１ａ、２１ｂ、支持板５６ａ、５６ｂにより、２つのＹコンデンサ２３、２４が構成され、Ｙコンデンサ２３の容量Ｃ_Ｐ＜Ｙコンデンサ２４の容量Ｃ_Ｎの関係が成立している。それゆえ、半導体装置１のコモンモードノイズが抑制される。

なお、リアクトル５のインダクタンスが大きい場合、図２の等価回路において、Ｚ_ＰＡ＞＞Ｚ_ＮＡの関係が成立する場合がある。その場合には、Ｃ_Ｐ＜＜Ｃ_Ｎの関係が成立するとよい。Ｙコンデンサ２３、２４の容量差を大きくするには、絶縁板２１ａと絶縁板２１ｂに、誘電率が大きくことなる材料を用いるとよい。図２の等価回路において、Ｚ_ＰＡ＞＞Ｚ_ＮＡの関係が成立する場合、Ｃ_Ｐ＜＜Ｃ_Ｎの関係が成立すれば、Ｚ_ＰＢ＞＞Ｚ_ＮＢの関係が成立し、コモンモードノイズを効果的に抑制できる。

もしも可能であるならば、Ｚ_ＰＡ／Ｚ_ＮＡ＝Ｃ_Ｎ／Ｃ_Ｐの関係が成立するように、容量Ｃ_Ｐと容量Ｃ_Ｎが定められると、コモンモードノイズを一層効果的に抑制することができる。Ｚ_ＰＡ＞＞Ｚ_ＮＡのであるので、Ｃ_Ｐ＜＜Ｃ_Ｎの関係が成立すれば、近似的に、Ｚ_ＰＡ／Ｚ_ＮＡ＝Ｃ_Ｎ／Ｃ_Ｐの関係が成立する。

上記説明したように、第１実施例の半導体装置１は、コモンモードノイズ対策として、装置の構造を活用した２個のＹコンデンサ（Ｙコンデンサ２３、２４）を備えている。それら２個のＹコンデンサは、半導体装置１の回路の等価回路（コモンモードノイズの伝搬経路を示す等価回路）がブリッジ回路を構成するように配置されている。そして、２個のＹコンデンサは、その容量が、ブリッジ回路のインピーダンス群がバランス状態に近づくように選定される。ブリッジ回路のインピーダンス群がバランス状態に近くなることの一例は、図２の等価回路においてＺ_ＰＡ・Ｚ_ＮＢがＺ_ＰＢ・Ｚ_ＮＡに近づくことである。第１実施例では、２個のＹコンデンサの容量は、異なる誘電率の絶縁板を用いることで実現している。先に述べたように、Ｚ_ＰＡ・Ｚ_ＮＡは、Ｙコンデンサ２３、２４を外して計測すれば得られる。インピーダンスＺ_ＰＢ、Ｚ_ＮＢは、Ｚ_ＰＡ、Ｚ_ＮＡの計測値に基づいて定めることができる。Ｙコンデンサ２３、２４の容量Ｃ_Ｐ、Ｃ_Ｎは、インピーダンスＺ_ＰＢ、Ｚ_ＮＢに基づいて定めることができる。

（第２実施例）図７−図１１を使って第２実施例の半導体装置１０１を説明する。第２実施例の半導体装置１０１は、チョッパー型の双方向ＤＣ−ＤＣコンバータ回路１０２を備える。図７に、双方向ＤＣ−ＤＣコンバータ回路１０２の回路図を示す。双方向ＤＣ−ＤＣコンバータ回路１０２は、バッテリ９１の出力電圧を昇圧してインバータ回路９２に出力する昇圧機能と、インバータ回路９２から送られる電力を降圧してバッテリ９１に供給する降圧機能を備える。半導体装置１０１は、電気自動車に搭載されるデバイスであり、インバータ回路９２は、不図示の走行用のモータに交流電力を供給する。電気自動車は、その減速エネルギを利用してモータで発電する。モータが発電した交流電力はインバータ回路９２が直流電力に変換する。変換された直流電力が双方向ＤＣ−ＤＣコンバータ回路１０２に供給される。以下では、説明を簡単にするために、双方向ＤＣ−ＤＣコンバータ回路１０２を単純に双方向コンバータ回路１０２と称することにする。

双方向コンバータ回路１０２は、フィルタコンデンサ４、リアクトル５、２個のスイッチング素子６ａ、６ｂ、２個の還流ダイオード、平滑コンデンサ９を備えている。双方向コンバータ回路１０２は、低電圧側（バッテリ側）の端子と高電圧側（インバータ回路側）の端子が夫々入力と出力を兼ねるが、説明の便宜上、低電圧側（バッテリ側）の端子を入力正極端３ａ、入力負極端３ｂと表記し、高電圧側の端子を出力正極端７ａ、出力負極端７ｂと表記する。双方向コンバータ回路１０２は、入力正極端３ａと入力負極端３ｂの間に印加される電圧を昇圧して出力正極７ａと出力負極端７ｂの間に出力する昇圧機能と、出力正極端７ａと出力負極端７ｂの間に印加される電圧を降圧して入力正極端３ａと入力負極端３ｂに出力する降圧機能を有している。

２個のスイッチング素子６ａ、６ｂは直列に接続されている。スイッチング素子６ａ、６ｂは、トランジスタである。より具体的には、スイッチング素子６ａ、６ｂは、ＩＧＢＴ（Insulated Gate Bipolar Transistor）である。スイッチング素子６ａ、６ｂの夫々に還流ダイオードが逆並列に接続されている。２個のスイッチング素子６ａ、６ｂの中点と入力正極端３ａの間にリアクトル５が接続されている。入力正極端３ａと入力負極端３ｂの間にフィルタコンデンサ４が接続されている。出力正極端７ａと出力負極端７ｂの間に平滑コンデンサ９が接続されている。図７の双方向コンバータ回路１０２はよく知られているので詳しい説明は省略する。

図７の符号１１０が示す破線は、パワーモジュールを示している。即ち、２個のスイッチング素子６ａ、６ｂと還流ダイオードはパワーモジュール１１０に収容されている。パワーモジュール１１０については後述する。

図７のグランドＧ１は、第１実施例の場合と同様に、車両のボディ９５であり、双方向コンバータ回路１０２と結線されてはいない。スイッチング素子６ａ、６ｂのスイッチング動作に伴う高周波ノイズ電流が、寄生容量ＳＣを介してグランドＧ１に流れ込む。寄生容量を介したグランドＧ１へのノイズ伝達経路は、ボディ９５の各所に存在するが、図７では、複数の寄生容量を一つの寄生容量ＳＣで代表している。

第２実施例の半導体装置１０１も、半導体装置１と同様に、ボディ９５に流れるコモンモードノイズを低減するためにＹコンデンサ１２３、１２４ａ、１２４ｂ（後述）を備えている。

図７のグランドＧ２は、第１実施例の場合と同様に、半導体装置１０１のハウジング１５０（後述）に相当する。グランドＧ１（ボディ９５）とグランドＧ２（ハウジング１５０）の間の抵抗８は、５０オーム程度である。グランドＧ１とグランドＧ２は、共に、半導体装置１０１のグランドである。

スイッチング素子６ａの一方の電極（高電位側の電極Ｐａ）とグランドＧ２の間にはＹコンデンサ１２４ａが接続されている。スイッチング素子６ｂの一方の電極（低電位側の電極Ｎｂ）とグランドＧの間にはＹコンデンサ１２４ｂが接続されている。直列接続の中点ＳとグランドＧ２の間にはＹコンデンサ１２３が接続されている。中点Ｓは、スイッチング素子６ａの他方の電極（低電位側の電極Ｎａ）とスイッチング素子６ｂの他方の電極（高電位側の電極Ｐａ）に対応する。Ｙコンデンサ１２４ａ、１２４ｂ、１２３は、スイッチング素子６ａ、６ｂが発する高周波ノイズ電流によるコモンモードノイズを低減するために設けられている。Ｙコンデンサ１２４ａ、１２４ｂ、１２３は、半導体装置１０１のハードウエア構造を利用して形成されている。Ｙコンデンサ１２４ａ、１２４ｂ、１２３のハードウエア構造については後述する。

コモンモードノイズの伝搬経路について説明する。双方向コンバータ回路１０２が扱う電力は第１実施例の昇圧コンバータ回路２と同程度である。従って、第１実施例の昇圧コンバータ回路２の場合と同様に、コモンモードノイズの伝搬経路としては、入力正極端３ａと入力負極端３ｂの間、及び、出力正極端７ａと出力負極端７ｂの間は短絡状態とみなせる。

スイッチング素子６ａ、６ｂが発する高周波ノイズ電流のグランドＧへの伝搬経路（コモンモードノイズの伝搬経路）を表す等価回路を図８に示す。図８のポイントＡは、短絡とみなせる入力正極端３ａと入力負極端３ｂに相当する。ポイントＳは、２個のスイッチング素子６ａ、６ｂの直列接続の中点に相当する。ポイントＳは、スイッチング素子６ａの一方の電極Ｎａとスイッチング素子６ｂの一方の電極Ｐａにも相当する。ポイントＰＮは、短絡とみなせる出力正極端７ａと出力負極端７ｂに相当する。ポイントＰＮは、スイッチング素子６ａの他方の電極（図７の電極Ｐａ）とスイッチング素子６ｂの他方の電極（図７の電極Ｎｂ）にも相当する。ポイントＢは、Ｙコンデンサ１２３、１２４ａ、１２４ｂのグランドＧ２側を表している。寄生容量ＳＣは、ポイントＳとポイントＡの間、及び、ポイントＰＮとポイントＡの間に含まれるが、図示は省略した。

第１実施例の等価回路（図２）と図８を比較すると、図２のスイッチング素子６が、図８のスイッチング素子６ａ、６ｂの逆並列接続に対応し、図２のＹコンデンサ２３が図８のＹコンデンサ１２３に対応し、図２のＹコンデンサ２４が図８のＹコンデンサ１２４ａ、１２４ｂの並列接続に対応しているのが解る。Ｙコンデンサ１２４ａ、１２４ｂの並列接続は、一つのＹコンデンサ１２４とみなせる。コモンモードノイズの伝搬経路は、スイッチング素子６ａ、６ｂを中心とするブリッジ回路を構成する。

図８において、符号Ｚ_ＳＡは、ポイントＳ（スイッチング素子６ａ、６ｂの一方の電極）とポイントＡ（グランドＧ１）の間のインピーダンスを表している。符号Ｚ_ＰＮＡは、ポイントＰＮ（スイッチング素子６ａ、６ｂの他方の電極）とポイントＡ（グランドＧ１）の間のインピーダンスを表している。符号Ｚ_ＳＢは、Ｙコンデンサ１２３を経由するポイントＳ（スイッチング素子６ａ、６ｂの一方の電極）からポイントＢ（グランドＧ２）までの間のインピーダンスを表している。符号Ｚ_ＰＮＢは、Ｙコンデンサ１２４を経由するポイントＰＮ（スイッチング素子６ａ、６ｂの他方の電極）からポイントＢ（グランドＧ２）までの間のインピーダンスを表している。別言すれば、インピーダンスＺ_ＳＡは、Ｙコンデンサ１２３、１２４が無いときのポイントＳ（スイッチング素子６ａ、６ｂの一方の電極）とグランドＧ２の間のインピーダンスを表している。インピーダンスＺ_ＰＮＡは、Ｙコンデンサ１２３、１２４が無いときのポイントＰＮ（スイッチング素子６ａ、６ｂの他方の電極）とグランドＧ２の間のインピーダンスを表している。

第１実施例のときと同様に、図８のブリッジ回路において、Ｚ_ＳＡ・Ｚ_ＰＮＢ＝Ｚ_ＳＢ・Ｚ_ＰＮＡの関係が成立すれば、理想的には、コモンモードノイズが流れない。Ｚ_ＳＡ・Ｚ_ＰＮＢの値とＺ_ＳＢ・Ｚ_ＰＮＡの値の差が小さいほど、コモンモードノイズは小さくなる。図７に示されているように、ポイントＳとポイントＡの間にはリアクトル５が接続されており、ポイントＰＮとポイントＡは、電子部品を介さずに直結されている。従って、Ｚ_ＳＡ＞Ｚ_ＰＮＡの関係が成立している。それゆえ、Ｚ_ＳＢ＞Ｚ_ＰＮＢの関係が成立すれば、ノイズを低減できる。

今、Ｙコンデンサ１２３の容量をＣ_Ｓで表し、Ｙコンデンサ１２４の容量をＣ_ＰＮで表す。なおＹコンデンサ１２４は、Ｙコンデンサ１２４ａと１２４ｂの並列接続の等価コンデンサである。Ｙコンデンサ１２４の容量Ｃ_ＰＮは、Ｙコンデンサ１２４ａの容量とＹコンデンサ１２４ｂの容量を加算した値に等しい。第１実施例のときと同様に、Ｃ_Ｓ＜Ｃ_ＰＮであれば、Ｚ_ＳＢ＞Ｚ_ＰＮＢが実現される。即ち、Ｃ_Ｓ＜Ｃ_ＰＮとなるようにＹコンデンサ１２３、１２４（１２４ａ、１２４ｂ）の容量を決定すれば、スイッチング素子６ａ、６ｂが発する高周波ノイズ電流によるコモンモードノイズを低減できる。

仮に、リアクトル５のインダクタンスが大きければ、Ｚ_ＳＡ＞＞Ｚ_ＰＮＡの関係が成立する場合がある。その場合には、Ｚ_ＳＢ＞Ｚ_ＰＮＢの関係が成立すれば、コモンモードノイズを効果的に抑制できる。そのためには、Ｃ_Ｓ＜＜Ｃ_ＰＮとなるようにＹコンデンサ１２３、１２４（１２４ａ、１２４ｂ）の容量を決定すれば、コモンモードノイズを抑制できる。

さらには、Ｚ_ＳＢ／Ｚ_ＰＮＢ＝Ｃ_ＰＮ／Ｃ_Ｓの関係が成立すれば、Ｚ_ＳＡ・Ｚ_ＰＮＢ＝Ｚ_ＳＢ・Ｚ_ＰＮＡの関係が成立し、コモンモードノイズを理想的に抑制できる。

Ｙコンデンサ１２３、１２４ａ、１２４ｂのハードウエア構成について説明する。図９に、半導体装置１０１の平面図を示し、図１０に図９のX−X線の断面図を示す。半導体装置１０１のハウジング１５０には、積層ユニット１５７、リアクトルユニット１５５、コンデンサユニット１５２が収容されている。リアクトルユニット１５５が、図７、図８の回路図におけるリアクトル５に相当する。コンデンサユニット１５２の中に、コンデンサ素子１５４、１５９が収容されている。コンデンサ素子１５４が図７のフィルタコンデンサ４に相当し、コンデンサ素子１５９が図７の平滑コンデンサ９に相当する。図９と図１０において、各部品はバスバで接続されているが、多くのバスバは図示を省略している。

積層ユニット１５７は、複数の冷却器１６０が積層されたユニットである。図９では一つの冷却器にのみ符号１６０を付しており、残りの冷却器に対する符号は省略している。積層ユニット１５７には複数のパワーモジュール１１０が組み込まれている。それぞれのパワーモジュール１１０は、隣接する冷却器１６０の間に挟まれている。図９では、一つのパワーモジュール１１０のみに符号１１０を付しており、残りのパワーモジュールに対する符号は省略している。複数のパワーモジュール１１０の一つが、図７に示したパワーモジュール１１０であり、他のパワーモジュール１１０は、インバータ回路９２に使われるスイッチング素子を収容している。

各冷却器の内部には流路が備えられている。複数の冷却器１６０は、冷媒供給管１６１と冷媒排出管１６２で連結されている。冷媒供給管１６１を通じて全ての冷却器１６０に冷媒が分配される。冷媒は冷却器１６０を通る間に隣接するパワーモジュール１１０から熱を吸収する。冷却器１６０を通った冷媒は冷媒排出管１６２を通じてハウジング１５０の外へと排出される。

積層ユニット１５７は、積層方向の一端がハウジング１５０の壁に接しており、他端とリアクトルユニット１５５には板バネ１５８が挿入されている。板バネ１５８によって、積層ユニット１５７には積層方向に加圧される。積層方向の加圧により、パワーモジュール１１０と冷却器１６０が密着し、パワーモジュール１１０から冷却器１６０へ熱がよく伝達される。

複数の冷却器１６０、冷媒供給管１６１、冷媒排出管１６２は、導電性の金属で作られている。また、半導体装置１０１のハウジング１５０も導電性の金属で作られている。具体的には、それらはアルミニウムで作られている。図９に示されているように、積層ユニット１５７はハウジング１５０に接している。即ち、冷却器１６０とハウジング１５０は導通している。

図１０ではパワーモジュール１１０の側面が表れている。パワーモジュール１０は、２個のスイッチング素子６ａ、６ｂを樹脂パッケージ１１４でモールドしたデバイスである。パワーモジュール１１０の表面には導電板１１３ａ、１１３ｂが露出している。図１０では描かれていないが、パワーモジュール１１０の裏面には導電板１１３ｃ、１１３ｄが露出している。スイッチング素子６ａ、６ｂの両面には電極が露出しており、導電板１１３ａ−１１３ｄは、それらのスイッチング素子６ａ、６ｂのいずれかの電極と導通している。

冷却器１６０の側板とパワーモジュール１１０の導電板１１３ａ−１１３ｄと絶縁板１２１ａ、１２１ｂにより、前述したＹコンデンサ１２３、１２４ａ、１２４ｂが形成される。次に、図１１を参照してパワーモジュール１１０の内部構造と、Ｙコンデンサの構造について説明する。

図１１は、パワーモジュール１１０を図中のＸＹ平面でカットした断面図である。図１１には、パワーモジュール１１０の両側の冷却器１６０も断面で示されている。図１１において、パワーモジュール１１０の下側に描かれている冷却器を冷却器１６０ａと称し、上側に描かれている冷却器を冷却器１６０ｂと称する。図１１では、冷却器１６０ａの上側に配置されたパワーモジュール、及び、冷却器１６０ｂの下側に配置されたパワーモジュールは図示を省略した。

図１１のパワーモジュール１１０は、双方向コンバータ回路１０２に使われているスイッチング素子６ａ、６ｂを収容している。なお、図示はされていないが、パワーモジュール１１０は、スイッチング素子６ａ、６ｂのほか、夫々のスイッチング素子に接続されている還流ダイオードも収容している。以下の説明では、還流ダイオードは無視する。

スイッチング素子６ａ、６ｂは、樹脂パッケージ１１４に封止されている。樹脂パッケージ１１４は、スイッチング素子６ａ、６ｂのほか、２個のスペーサ１１６ａ、１１６ｂ、４枚の導電板１１３ａ−１１３ｄを封止している。スイッチング素子６ａ、６ｂは、その両面に電極が設けられている。スイッチング素子６ａの一方の電極Ｐａには導電板１１３ａが接続されており、他方の電極Ｎａにはスペーサ１１６ａを介して導電板１１３ｃが接続されている。スイッチング素子６ｂの一方の電極Ｐｂには導電板１１３ｂが接続されており、他方の電極Ｎｂにはスペーサ１１６ｂを介して導電板１１３ｄが接続されている。別言すれば、スイッチング素子６ａの一方の電極Ｐａは導電板１１３ａと導通しており、他方の電極Ｎａは導電板１１３ｃと導通している。また、スイッチング素子６ｂの一方の電極Ｐｂは導電板１１３ｂと導通しており、他方の電極Ｎｂは導電板１１３ｄと導通している。スイッチング素子６ａの電極Ｐａはコレクタ電極であり、電極Ｎａはエミッタ電極である。また、スイッチング素子６ｂの電極Ｐｂはコレクタ電極であり、電極Ｎｂはエミッタ電極である。図１１に示されているように、導電板１１３ｂと導電板１１３ｃは樹脂パッケージ１１４の中で接続されている。

導電板１１３ａ−１１３ｄの夫々の一方の面は、パワーモジュール１１０の樹脂パッケージ１１４から露出している。導電板１１３ａと１１３ｂは、絶縁板１２１ａを挟んで冷却器１６０ａの側板１６３と対向している。導電板１１３ｃと１１３ｄは、絶縁板１２１ｂを挟んで冷却器１６０ｂの側板１６４と対向している。別言すれば、冷却器１６０ａの側板１６３は、絶縁板１２１ａを挟んで導電板１１３ａ、１１３ｂと対向するようにパワーモジュール１１０に隣接配置されている。また、冷却器１６０ｂの側板１６４は、絶縁板１２１ｂを挟んで導電板１１３ｃ、１１３ｄと対向するようにパワーモジュール１１０に隣接配置されている。

絶縁板１２１ａと１２１ｂは、図中の右半分と左半分で材質が異なり、誘電率が異なる。絶縁板１２１ａの図中の左半分を左部１２１ａ１と称し、右半分を右部１２１ａ２と称する。絶縁板１２１ｂの左半分を左部１２１ｂ１と称し、右半分を右部１２１ｂ２と称する。

導電板１１３ａはスイッチング素子６ａの電極Ｐａと導通しており、側板１６３はハウジング１５０（即ちグランドＧ２）と導通している。従って、導電板１１３ａと側板１６３とそれらに挟まれている絶縁板１２１ａの左部１２１ａ１がＹコンデンサを形成する。同様に、導電板１１３ｂと側板１６３とそれらに挟まれている絶縁板１２１ａの右部１２１ａ２がＹコンデンサを形成する。導電板１１３ｃと側板１６４とそれらに挟まれている絶縁板１２１ｂの左部１２１ｂ１がＹコンデンサを形成する。導電板１１３ｄと側板１６４とそれら挟まれている絶縁板１２１ｂの右部１２１ｂ２がＹコンデンサを形成する。

導電板１１３ａと絶縁板１２１ａの左部１２１ａ１と側板１６３で構成されるＹコンデンサが、図７、図８に示したＹコンデンサ１２４ａに対応する。導電板１１３ｄと絶縁板１２１ｂの右部１２１ｂ２と側板１６４で構成されるＹコンデンサが図７、図８に示したＹコンデンサ１２４ｂに対応する。導電板１１３ｂと絶縁板１２１ａの右部１２１ａ２と側板１６３で構成されるＹコンデンサと、導電板１１３ｃと絶縁板１２１ｂの左部１２１ｂ１と側板１６４で構成されるＹコンデンサの並列接続が、図７、図８のＹコンデンサ１２３に対応する。絶縁板１２１ａと絶縁板１２１ｂの厚みは同じであり、導電板１１３ａ−１１３ｄの面積も同じである。絶縁板の左部１２１ａ１、右部１２１ａ２、左部１２１ｂ１、右部１２１ｂ２の誘電率は、Ｙコンデンサ１２３の容量Ｃ_Ｓと、Ｙコンデンサ１２４の容量Ｃ_ＰＮ（Ｙコンデンサ１２４ａと１２４ｂの並列接続の容量）が、Ｃ_Ｓ＜Ｃ_ＰＮとなるように定められている。従って、先に述べたように、図８の等価回路においてＺ_ＳＢ＞Ｚ_ＰＮＢが実現され、図７の双方向コンバータ回路１０２のコモンモードノイズが抑えられる。

先に述べたように、リアクトル５のインダクタンスが大きければ、Ｚ_ＳＡ＞＞Ｚ_ＰＮＡの関係が成立する場合がある。Ｚ_ＳＡ＞＞Ｚ_ＰＮＡの関係が成立する場合、Ｃ_Ｓ＜＜Ｃ_ＰＮとなるように、誘電率の差が大きい材料が絶縁板１２１ａ、１２１ｂの左部と右部に用いられる。もしも可能であるならば、Ｚ_ＰＡ／Ｚ_ＮＡ＝Ｃ_Ｎ／Ｃ_Ｐの関係が成立するように、容量Ｃ_Ｐと容量Ｃ_Ｎが定められる。

パワーモジュール１１０の両側に形成されるＹコンデンサの別の態様を説明する。図１２に変形例のＹコンデンサの断面図を示す。この変形例では、絶縁板の中に金属板を埋設して、所望の容量を有するＹコンデンサを実現する。図１２に示すパワーモジュール１１０は、図１１に示したものと同一である。図１１に示した冷却器１６０ａ、１６０ｂは、側板１６３、１６４のみを示し、残りの部分は図示を省略している。また、絶縁板２２１ａと２２１ｂは、理解を助けるために厚みを増して描いてある。

絶縁板２２１ａには、段差を有する金属板２２２が埋め込まれている。金属板２２２は、その端部２２２ｃが絶縁板２２１ａから露出しており、冷却器の側板１６３と導通している。従って、導電板１１３ａ、１１３ｂと、金属板２２２と、それらに挟まれている絶縁板（絶縁板２２１ａの一部）によって、Ｙコンデンサが形成される。

段差を有する金属板２２２は、導電板１１３ａとの距離Ｗ１が、導電板１１３ｂとの距離Ｗ２よりも小さくなるように、絶縁板２２１ａに埋め込まれている。コンデンサの容量は、コンデンサ電極間の距離に反比例する。それゆえ、導電板１１３ａと金属板２２２の左部２２２ａとそれらの間の絶縁板で構成されるＹコンデンサの容量は、導電板１１３ｂと金属板２２２の右部２２２ｂとそれらの間の絶縁板で構成されるＹコンデンサの容量よりも大きくなる。

絶縁板２２１ｂにも、同様に、段差を有する金属板２２３が埋め込まれている。金属板２２３は、その端部２２３ｃが絶縁板２２１ｂから露出しており、冷却器の側板１６４と導通している。従って、導電板１１３ｃ、１１３ｄと、金属板２２３と、それらに挟まれている絶縁板（絶縁板２２１ｂの一部）によって、Ｙコンデンサが形成される。金属板２２３も、金属板２２２と同様に、導電板１１３ｄとの距離が、導電板１１３ｃとの距離よりも小さくなるように配置されている。導電板１１３ｄと金属板２２３の右部２２３ｂとそれらの間の絶縁板で構成されるＹコンデンサの容量は、導電板１１３ｃと金属板２２３の左部２２３ａとそれらの間の絶縁板で構成されるＹコンデンサの容量よりも大きくなる。

導電板１１３ａと左部２２２ａとそれらの間の絶縁板で構成されるＹコンデンサが、図７、図８に示したＹコンデンサ１２４ａに対応する。導電板１１３ｄと右部２２３ｂとそれらの間の絶縁板で構成されるＹコンデンサが図７、図８に示したＹコンデンサ１２４ｂに対応する。導電板１１３ｂと右部２２２ｂとそれらの間の絶縁板で構成されるＹコンデンサ、及び、導電板１１３ｃと左部２２３ａとそれらの間の絶縁板で構成されるＹコンデンサの並列接続が、図７、図８のＹコンデンサ１２３に対応する。図１２の金属板入りの絶縁板２２１ａ、２２１ｂを採用することで、Ｙコンデンサ１２３の容量Ｃ_Ｓと、Ｙコンデンサ１２４の容量Ｃ_ＰＮとの間に、Ｃ_Ｓ＜Ｃ_ＰＮの関係が成立する。従って、図７の等価回路図において、Ｚ_ＳＢ＞Ｚ_ＰＮＢが実現され、図７の双方向コンバータ回路１０２のコモンモードノイズが抑制される。

実施例で説明した技術に関する留意点を述べる。第１実施例の昇圧コンバータ回路２が、請求項の「所定の電子回路」の一例に相当する。第１実施例のスイッチング素子６の電極Ｐが請求項の「第１電極」の一例に相当し、電極Ｎが請求項の「第２電極」の一例に相当する。第１実施例の導電板１３ａが請求項の「第１導電板」の一例に相当し、導電板１３ｂが請求項の「第２導電板」の一例に相当する。第１実施例の支持板５６ａが請求項の「第３導電板」の一例に相当し、支持板５６ｂが請求項の「第４導電板」の一例に相当する。第１実施例の絶縁板２１ａが請求項の「第１絶縁部材」の一例に相当し、絶縁板２１ｂが請求項の「第２絶部材」の一例に相当する。第１実施例のＹコンデンサ２３が請求項の「第１Ｙコンデンサ」の一例に相当し、Ｙコンデンサ２４が請求項の「第２Ｙコンデンサ」の一例に相当する。第１実施例のＹコンデンサ２３の容量Ｃ_Ｐが請求項の「容量Ｃ１」の一例に相当し、Ｙコンデンサ２４の容量Ｃ_Ｎが請求項の「容量Ｃ２」の一例に相当する。第１実施例のインピーダンスＺ_ＰＡが請求項の「インピーダンスＺ１」の一例に相当し、インピーダンスＺ_ＮＡが請求項の「インピーダンスＺ２」の」一例に相当する。

第２実施例の双方向ＤＣ−ＤＣコンバータ回路１０２が請求項の「所定の電子回路」の別の一例に相当する。第２実施例のスイッチング素子６ａと６ｂが、請求項の「電子回路の一部を構成しているスイッチング素子」の別の一例に相当する。なお、前述したように、スイッチング素子６ａ、６ｂは、トランジスタである。第２実施例のスイッチング素子６ａの電極Ｎａとスイッチング素子６ｂの電極Ｐｂが、それぞれ、請求項の「第１電極」の別の一例に相当する。第２実施例のスイッチング素子６ａの電極Ｐａとスイッチング素子６ｂの電極Ｎｂが、それぞれ、請求項の「第２電極」の別の一例に相当する。第２実施例の導電板１１３ｂと１１３ｃが夫々、請求項の「第１導電板」の別の一例に相当する。第２実施例の導電板１１３ａと１１３ｄが夫々、請求項の「第２導電板」の別の一例に相当する。第２実施例の側板１６３の導電板１１３ｂと対向する部分と、側板１６４の導電板１１３ｃと対向する部分が請求項の「第３導電板」の別の一例に相当する。第２実施例の側板１６３の導電板１１３ａと対向する部分と、側板１６４の導電板１１３ｄと対向する部分が請求項の「第４導電板」の別の一例に相当する。第２実施例の絶縁板１２１ｂの左部１２１ｂ１と、絶縁板１２１ａの右部１２１ａ２が、請求項の「第１絶縁部材」の別の一例に相当する。第２実施例の絶縁板１２１ｂの右部１２１ｂ２と、絶縁板１２１ａの左部１２１ａ１が、請求項の「第２絶縁部材」の別の一例に相当する。

第２実施例の入力正極端３ａと入力負極端３ｂが、請求項の「第１正極端」と「第１負極端の一例に相当する。第２実施例の出力正極端７ａと出力負極端７ｂが、請求項の「第２正極端」と「第２負極端」の一例に相当する。

第２実施例のＹコンデンサ１２３が請求項の「第１Ｙコンデンサ」の一例に相当する。第２実施例のＹコンデンサ１２４ａ、１２４ｂが、請求項の「第２Ｙコンデンサ」の一例に相当する。第２実施例のＹコンデンサ１２３の容量Ｃ_Ｓが請求項の「容量Ｃ１」の一例に相当し、Ｙコンデンサ１２４の容量Ｃ_ＰＮが請求項の「容量Ｃ２」の一例に相当する。第１実施例のインピーダンスＺ_ＳＡが請求項の「インピーダンスＺ１」の一例に相当し、インピーダンスＺ_ＰＮＡが請求項の「インピーダンスＺ２」の一例に相当する。

図１２の変形例の場合、金属板２２２の右部２２２ｂと、金属板２２３の左部２２３ａが請求項の「第３導電板」の一例に相当する。金属板２２２の左部２２２ａと、金属板２２３の右部２２３ｂが請求項の「第４導電板」の一例に相当する。

実施例の半導体装置１は、車載の電力変換装置であった。その特徴をまとめると、次の通りである。半導体装置（電力変換装置）は、電子回路（昇圧コンバータ回路２などの電力変換回路）を収容しているハウジング５０を備える。ハウジング５０は、車両のボディ９５と導通している。半導体装置は、パワーモジュール１０を備える。パワーモジュール１０の構成は上記した通りである。第１Ｙコンデンサ、第２Ｙコンデンサの構成も上記した通りである。第１、第２Ｙコンデンサ以外を通る第１電極（電極Ｐ）からボディ９５までのノイズ伝搬経路のインピーダンスＺ１と、第１、第２Ｙコンデンサ以外を通る第２電極（電極Ｎ）からボディ９５までのノイズ伝搬経路のインピーダンスＺ２が、Ｚ１＞＞Ｚ２の関係を満たしている。そして、容量Ｃ１＜＜Ｃ２の関係が成立している。ノイズ伝搬経路とは、スイッチング素子のスイッチング動作に伴う高周波ノイズ電流の伝搬経路のことである。第２実施例の半導体装置１０１も、上記の特徴を有している。実施例の半導体装置は、ボディに流れるコモンモードノイズを低減することができる。

本明細書が開示する半導体装置は、第１実施例の昇圧コンバータ回路２、あるいは、第２実施例の双方向ＤＣ−ＤＣコンバータ回路１０２を有する装置に限られない。別の電力変換回路を有する半導体装置であってもよい。また、本明細書が開示する技術は、車載の半導体装置に限られない。

第１実施例、第２実施例は、ともに、スイッチング素子の第１電極にリアクトルが接続されており、第２電極は半導体装置の入力端又は出力端に接続されている回路であった。そのような回路では、インピーダンスＺ１＞＞インピーダンスＺ２となる。そのときには、Ｃ１＜＜Ｃ２であるのがよい。

インピーダンスは周波数依存の電気抵抗である。本明細書において、「Ｚ_ＰＡ＞Ｚ_ＮＡ」などの表現は、スイッチング素子のスイッチング動作に伴って発する高周波ノイズ電流（スイッチングノイズ）の周波数帯におけるインピーダンスの大小関係を意味する。

以上、本発明の具体例を詳細に説明したが、これらは例示に過ぎず、特許請求の範囲を限定するものではない。特許請求の範囲に記載の技術には、以上に例示した具体例を様々に変形、変更したものが含まれる。本明細書または図面に説明した技術要素は、単独であるいは各種の組合せによって技術的有用性を発揮するものであり、出願時請求項記載の組合せに限定されるものではない。また、本明細書または図面に例示した技術は複数目的を同時に達成し得るものであり、そのうちの一つの目的を達成すること自体で技術的有用性を持つものである。

１、１０１：半導体装置 ２：昇圧コンバータ回路 ３ａ：入力正極端 ３ｂ：入力負極端 ４：フィルタコンデンサ ５：リアクトル ６、６ａ、６ｂ：スイッチング素子 ７ａ：出力正極端 ７ｂ：出力負極端 ８：抵抗 ９：平滑コンデンサ １０、１１０：パワーモジュール １２ａ、１２ｂ：端子 １３ａ、１３ｂ、１１３ａ−１１３ｄ：導電板 １４、１１４：樹脂パッケージ １６、１１６ａ、１１６ｂ：スペーサ ２１ａ、２１ｂ、１２１ａ、１２１ｂ、２２１ａ、２２１ｂ：絶縁板 ２３、２４、１２３、１２４、１２４ａ、１２４ｂ：Ｙコンデンサ ５０、１５０：ハウジング ５３ａ、５３ｂ、５７ａ、５７ｂ：端子板 ５６ａ、５６ｂ：支持板 ５８ａ、５８ｂ：絶縁体 ５９ａ−５９ｆ：バスバ ９１：バッテリ ９２：インバータ回路 ９５：車両のボディ １０２：双方向ＤＣ−ＤＣコンバータ回路 １６０：冷却器 １６３、１６４：側板 ２２２、２２３：金属板

Claims (7)

1. 所定の電子回路を収容している半導体装置であり、
   前記電子回路の一部を構成しているスイッチング素子と、当該スイッチング素子の第１電極と導通している第１導電板と、当該スイッチング素子の第２電極と導通している第２導電板と、を封止しているパワーモジュールと、
   第１絶縁部材を挟んで前記第１導電板と対向するように前記パワーモジュールに隣接配置されており、前記半導体装置のハウジングと導通している第３導電板と、
   第２絶縁部材を挟んで前記第２導電板と対向するように前記パワーモジュールに隣接配置されており、前記ハウジングに導通している第４導電板と、
   を備えており、
   前記第１導電板と前記第１絶縁部材と前記第３導電板によって容量Ｃ１の第１Ｙコンデンサが構成されているとともに、前記第２導電板と前記第２絶縁部材と前記第４導電板によって容量Ｃ２の第２Ｙコンデンサが構成されており、
   前記第１及び第２Ｙコンデンサが無いときの前記第１電極と前記電子回路のグランドとの間のインピーダンスＺ１と、前記第２電極と前記グランドとの間のインピーダンスＺ２がＺ１＞Ｚ２の関係を満たしており、
   前記容量Ｃ１と前記容量Ｃ２がＣ１＜Ｃ２の関係を満たしていることを特徴とする半導体装置。
2. Ｚ１／Ｚ２＝Ｃ２／Ｃ１の関係が成立していることを特徴とする請求項１に記載の半導体装置。
3. 前記第１絶縁部材と前記第２絶縁部材の夫々の誘電率と厚みがＣ１＜Ｃ２の関係を満たすように定められていることを特徴とする請求項１又は２に記載の半導体装置。
4. 前記第３導電板と前記第４導電板は、前記パワーモジュールを両側から挟み込んでおり、前記パワーモジュールを支持していることを特徴とする請求項１から３のいずれか１項に記載の半導体装置。
5. 前記第３導電板と前記第４導電板は、前記パワーモジュールを両側から挟み込んでいる冷却器の側板であることを特徴とする請求項４に記載の半導体装置。
6. 前記所定の電子回路は、第１正極端と第１負極端の間に印加される電圧を昇圧して第２正極端と第２負極端の間に出力する昇圧機能と、前記第２正極端と前記第２負極端の間に印加される電圧を降圧して前記第１正極端と前記負極端に出力する降圧機能を有している双方向ＤＣ−ＤＣコンバータ回路であり、当該ＤＣ−ＤＣコンバータ回路は、
   直列に接続されている２個の前記スイッチング素子と、
   夫々のスイッチング素子に逆並列に接続されているダイオードと、
   ２個の前記スイッチング素子の直列接続の中点と前記第１正極端の間に接続されているリアクトルと、
   前記第１正極端と前記第１負極端の間に接続されているフィルタコンデンサと、
   前記第２正極端と前記第２負極端の間に接続されている平滑コンデンサと、
   を備えていることを特徴とする請求項１から５のいずれか１項に記載の半導体装置。
7. 前記パワーモジュールは、２個の前記スイッチング素子を封止していることを特徴とする請求項６に記載の半導体装置。

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