JP2017183430A - Switching element unit - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、絶縁基板と、絶縁基板の素子配置面に配置されるスイッチング素子とを備え、絶縁基板における素子配置面とは反対側の面が冷却ユニットにより冷却される冷却面であるスイッチング素子ユニットに関する。 The present invention includes a switching element unit including an insulating substrate and a switching element disposed on an element arrangement surface of the insulating substrate, and a surface opposite to the element arrangement surface of the insulating substrate is a cooling surface cooled by the cooling unit. About.
スイッチング素子を備えたスイッチング素子ユニットとして、特開2013−38848号公報(特許文献1)に記載されたものが知られている。なお、この背景技術の欄の説明では、〔〕内に特許文献1における符号を引用して説明する。特許文献1の図2〜図4には、ヒートシンク〔106〕上に配置された絶縁基板〔100,102〕に、正極端子〔80〕や負極端子〔82〕を形成し、正極端子又は負極端子に電気的に接続されるように、スイッチング素子〔50a〜50d,54a〜54d〕が配置された構成が記載されている。スイッチング素子は、一対の主端子である正極電極〔72〕及び負極電極〔76〕と、制御端子であるゲート電極〔78〕とを備え、特許文献1の図5に示されるように、スイッチング素子の第1の面〔70〕に正極電極が形成され、スイッチング素子の第2の面〔74〕に負極電極及びゲート電極が形成されている。そして、インバータ回路の上アーム〔32〕を構成するスイッチング素子〔50a〜50d〕は、正極電極が形成された第1の面が絶縁基板上の正極端子に載るように配置され、インバータ回路の下アーム〔38〕を構成するスイッチング素子〔54a〜54d〕は、負極電極及びゲート電極が形成された第2の面が、スペーサ〔60a〜60d〕を介して絶縁基板上の負極端子に載るように配置されている。
As a switching element unit provided with a switching element, what was described in Unexamined-Japanese-Patent No. 2013-38848 (patent document 1) is known. In the description of the background art section, reference numerals in
ところで、スイッチング素子はオンオフ動作に伴い発熱するため、スイッチング素子を冷却する必要がある。一般に、大電流が流れる主端子からの熱の放散性を適切に確保することで、スイッチング素子を適切に冷却することが可能となる。特許文献1に記載の構成では、上アームを構成するスイッチング素子は、正極電極が形成された第1の面がヒートシンクにより冷却される絶縁基板に対向するように配置されるのに対して、下アームを構成するスイッチング素子は、負極電極及びゲート電極の双方が形成された第2の面がヒートシンクにより冷却される絶縁基板に対向するように配置される。そのため、下アームを構成するスイッチング素子については、ゲート電極の形成領域及びその周囲の絶縁を確保するための領域の分だけ、絶縁基板に対向する外面における主端子の面積が上アームを構成するスイッチング素子に比べて小さくなり、その分だけ主端子から絶縁基板側への熱の放散性が低下しやすい。この結果、主端子及び制御端子の双方が設けられた外面が絶縁基板に対向するように配置されるスイッチング素子(特許文献1の例では下アームを構成するスイッチング素子)の冷却性能を、適切に確保することが困難となるおそれがある。しかしながら、特許文献1にはこの点についての言及はない。
By the way, since the switching element generates heat with the on / off operation, it is necessary to cool the switching element. Generally, it is possible to appropriately cool the switching element by appropriately ensuring heat dissipation from the main terminal through which a large current flows. In the configuration described in
そこで、主端子及び制御端子の双方が設けられた外面が絶縁基板に対向するように配置されるスイッチング素子の冷却性能を、適切に確保することが可能なスイッチング素子ユニットの実現が望まれる。 Therefore, it is desired to realize a switching element unit that can appropriately ensure the cooling performance of the switching element that is arranged so that the outer surface on which both the main terminal and the control terminal are provided faces the insulating substrate.
上記に鑑みた、電気的絶縁性を有する材料で形成された絶縁基板と、前記絶縁基板の素子配置面に配置されるスイッチング素子と、を備え、前記絶縁基板における前記素子配置面とは反対側の面が、冷却ユニットにより冷却される冷却面であるスイッチング素子ユニットの特徴構成は、前記スイッチング素子は、直流電圧の供給源に電気的に接続される一対の主端子と、当該スイッチング素子の制御用の制御端子とを備え、前記一対の主端子の一方である第一端子と前記制御端子とが、前記スイッチング素子の外面における第一面に設けられ、前記一対の主端子の他方である第二端子が、前記スイッチング素子の外面における前記第一面とは反対側を向く第二面に設けられ、前記スイッチング素子として、前記第一面が前記素子配置面に対向するように配置される第一スイッチング素子が設けられ、前記絶縁基板は、第一電極パターンと、制御電極パターンとを備え、前記第一電極パターンは、前記素子配置面に表出するように設けられて前記素子配置面で前記第一スイッチング素子の前記第一端子に電気的に接続され、前記制御電極パターンは、前記素子配置面に表出するように設けられて前記素子配置面で前記第一スイッチング素子の前記制御端子に電気的に接続され、前記素子配置面に沿って前記第一電極パターンから前記制御電極パターンに向かう方向を対象方向として、前記第一電極パターンが、前記素子配置面から前記冷却面側へ向かうに従って前記対象方向側に広がるように形成されている点にある。 In view of the above, an insulating substrate formed of an electrically insulating material and a switching element disposed on an element arrangement surface of the insulating substrate, the opposite side of the insulating substrate from the element arrangement surface The characteristic configuration of the switching element unit is a cooling surface cooled by the cooling unit. The switching element includes a pair of main terminals electrically connected to a DC voltage supply source, and control of the switching element. A first terminal that is one of the pair of main terminals and the control terminal are provided on a first surface of the outer surface of the switching element and are the other of the pair of main terminals. Two terminals are provided on the second surface of the outer surface of the switching element facing away from the first surface, and the first surface faces the element arrangement surface as the switching element. A first switching element arranged so as to be provided; and the insulating substrate includes a first electrode pattern and a control electrode pattern, and the first electrode pattern is provided so as to be exposed on the element arrangement surface. And is electrically connected to the first terminal of the first switching element on the element arrangement surface, and the control electrode pattern is provided to be exposed on the element arrangement surface, and the first electrode is arranged on the element arrangement surface. The first electrode pattern is electrically connected to the control terminal of one switching element and the direction from the first electrode pattern toward the control electrode pattern along the element arrangement surface is a target direction. It is in the point formed so that it may spread to the said object direction side as it goes to the said cooling surface side.
上記の特徴構成では、第一端子(一対の主端子の一方)と制御端子との双方が設けられた第一面が、絶縁基板の素子配置面に対向するように配置される第一スイッチング素子について、素子配置面で第一端子に電気的に接続される第一電極パターンが、絶縁基板における冷却ユニットにより冷却される冷却面側へ素子配置面から向かうに従って、対象方向側に広がるように形成される。よって、第一電極パターンが対象方向側に広がる分だけ、第一端子から冷却面側への第一電極パターンを介した熱の放散効率の向上を図ることができ、第一スイッチング素子の冷却性能を適切に確保することが可能となる。なお、対象方向は、素子配置面に沿って第一電極パターンから制御電極パターンに向かう方向であるため、絶縁基板の対象方向側への大型化を抑制しつつ、制御電極パターンに対して冷却面側のスペースを有効利用して、素子配置面から冷却面側へ向かうに従って対象方向側に広がるように第一電極パターンを形成することが可能という利点もある。
以上のように、上記の特徴構成によれば、主端子及び制御端子の双方が設けられた外面が絶縁基板に対向するように配置されるスイッチング素子の冷却性能を、適切に確保することが可能となる。
In the above characteristic configuration, the first switching element is arranged such that the first surface on which both the first terminal (one of the pair of main terminals) and the control terminal are provided is opposed to the element arrangement surface of the insulating substrate. The first electrode pattern electrically connected to the first terminal on the element arrangement surface is formed so as to spread toward the target direction side from the element arrangement surface to the cooling surface side cooled by the cooling unit in the insulating substrate. Is done. Therefore, the heat dissipation efficiency through the first electrode pattern from the first terminal to the cooling surface side can be improved by the amount that the first electrode pattern spreads toward the target direction, and the cooling performance of the first switching element Can be secured appropriately. Since the target direction is a direction from the first electrode pattern toward the control electrode pattern along the element arrangement surface, a cooling surface with respect to the control electrode pattern is suppressed while suppressing an increase in size of the insulating substrate toward the target direction. There is also an advantage that the first electrode pattern can be formed so as to spread toward the target direction as it goes from the element arrangement surface to the cooling surface side by effectively using the space on the side.
As described above, according to the above-described characteristic configuration, it is possible to appropriately ensure the cooling performance of the switching element arranged so that the outer surface on which both the main terminal and the control terminal are provided faces the insulating substrate. It becomes.
スイッチング素子ユニットのさらなる特徴と利点は、図面を参照して記述する以下の実施形態の説明によってより明確となる。 Further features and advantages of the switching element unit will become more apparent from the following description of embodiments described with reference to the drawings.
1.第一の実施形態
スイッチング素子ユニットの第一の実施形態について、図1〜図3を参照して説明する。以下の説明では、特に断らない限り、「上」は、図2におけるZ方向を指し、「下」は、図2における−Z方向を指すものとする。なお、Z方向は、図2に示すように、素子配置面41に直交する方向(上下方向)に沿って、素子配置面41から当該素子配置面41に配置されたスイッチング素子10側へ向かう方向(すなわち、素子配置面41の外方へ向かう法線ベクトルの方向)である。
1. First Embodiment A first embodiment of a switching element unit will be described with reference to FIGS. In the following description, unless otherwise specified, “upper” refers to the Z direction in FIG. 2, and “lower” refers to the −Z direction in FIG. The Z direction is a direction from the
図1及び図2に示すように、スイッチング素子ユニット1は、電気的絶縁性を有する材料で形成された絶縁基板40と、絶縁基板40の素子配置面41に配置されるスイッチング素子10と、を備えている。絶縁基板40を形成する材料は、例えば、セラミックや樹脂(エポキシ樹脂等)等とされる。絶縁基板40における素子配置面41とは反対側の面(絶縁基板40の下面)は、冷却ユニット2により冷却される冷却面42とされる。本実施形態では、素子配置面41及び冷却面42の双方が平坦状に形成されている。また、本実施形態では、素子配置面41と冷却面42は、互いに平行な面とされている。図2に示す例では、冷却ユニット2はヒートシンク2aを備えており、絶縁基板40の冷却面42は、ヒートシンク2aにより冷却されるように構成されている。すなわち、素子配置面41に配置されたスイッチング素子10の熱が、絶縁基板40を介してヒートシンク2aに伝達されることで、スイッチング素子10が冷却される。冷却面42は、冷却ユニット2により直接的に又は間接的に冷却される。図2に示す例では、冷却面42とヒートシンク2aの間に、電気的絶縁性及び熱伝導性の双方を備えた基板3が配置されており、絶縁基板40の熱は、基板3を介してヒートシンク2aに伝達される。すなわち、図2に示す例では、絶縁基板40は、冷却ユニット2により冷却される基板3に支持されている。基板3を形成する材料は、例えば、セラミックや樹脂(エポキシ樹脂等)等とされる。
As shown in FIGS. 1 and 2, the
本実施形態では、スイッチング素子10は、直流電力と交流電力との間の電力変換を行うインバータ回路(直流交流変換回路)に用いられている。具体的には、図3に示すように、スイッチング素子10は、回転電機93を制御するためのインバータ回路に用いられている。このインバータ回路は、バッテリやキャパシタ等の直流電源Bとの間で受け渡しされる直流電力と、回転電機93との間で受け渡しされる交流電力(本実施形態では、三相交流電力)との間の電力変換を行う。スイッチング素子10は、例えば、IGBT(Insulated Gate Bipolar Transistor)、MOSFET(Metal Oxide Semiconductor Field Effect Transistor)等のパワー半導体素子が用いられる。図3に示す例では、スイッチング素子10としてIGBTが用いられる場合を例示している。本明細書では、「回転電機」は、モータ(電動機)、ジェネレータ(発電機)、及び必要に応じてモータ及びジェネレータの双方の機能を果たすモータ・ジェネレータのいずれをも含む概念として用いている。回転電機93は、例えば、電動車両やハイブリッド車両等に車輪の駆動力源として備えられる回転電機とされる。本実施形態では、直流電源Bが「直流電圧の供給源」に相当する。
In the present embodiment, the
インバータ回路(ブリッジ回路)を構成する1つのアーム(レッグ)は、単数又は複数の並列接続された正極側のスイッチング素子10(本実施形態では、第一スイッチング素子11)と、単数または複数の並列接続された負極側(例えば、グランド側)のスイッチング素子10(本実施形態では、第二スイッチング素子12)とが、電気的に直列に接続された構成を有する。本実施形態では、1つのアームは、単数の正極側のスイッチング素子10(第一スイッチング素子11)と単数の負極側のスイッチング素子10(第二スイッチング素子12)とが電気的に直列に接続された構成を有する。各スイッチング素子10には、負極から正極へ向かう方向を順方向とするダイオード素子92(フリーホイールダイオード)が並列に接続されている。スイッチング素子10として、ダイオード素子92が内蔵されたスイッチング素子を用いることも可能である。インバータ回路を構成するアームに対して電気的に並列に、平滑コンデンサ90が接続されている。平滑コンデンサ90は、スイッチング素子10に供給される直流電圧の変動を抑制する。また、平滑コンデンサ90には、平滑コンデンサ90に蓄えられた電荷を電源のオフ時等に放電するための放電抵抗91が、電気的に並列に接続されている。
One arm (leg) constituting the inverter circuit (bridge circuit) includes one or a plurality of parallel-connected positive-side switching elements 10 (in the present embodiment, the first switching element 11) and one or a plurality of parallel elements. The switching element 10 (in this embodiment, the 2nd switching element 12) of the connected negative electrode side (for example, ground side) has the structure electrically connected in series. In this embodiment, a single positive-side switching element 10 (first switching element 11) and a single negative-side switching element 10 (second switching element 12) are electrically connected in series in one arm. Have a configuration. Each switching
スイッチング素子10は、図2に示すように、直流電源B(直流電圧の供給源の一例)に電気的に接続される一対の主端子30と、当該スイッチング素子10の制御用の制御端子34(ゲート端子)とを備えている。なお、一対の主端子30のそれぞれは、直接或いは他の回路素子(例えば、他のスイッチング素子10)を介して、直流電源Bに電気的に接続される。図2に示すように、一対の主端子30の一方である第一端子31と制御端子34とが、スイッチング素子10の外面における第一面21に設けられ、一対の主端子30の他方である第二端子32が、スイッチング素子10の外面における第一面21とは反対側を向く第二面22に設けられている。制御端子34は、第一面21において第一端子31に対して絶縁距離以上離れて配置されている。本実施形態では、図1及び図2に示すように、制御端子34が、第一面21における後述する対象方向Aの端部に設けられており、第一端子31は、第一面21における制御端子34に対して対象方向Aとは反対側の領域の大部分に形成されている。また、本実施形態では、第二端子32は、第二面22の全域に亘って形成されている。本実施形態では、第一面21及び第二面22の双方が平坦状に形成されている。また、本実施形態では、第一面21と第二面22は、互いに平行な面とされている。本実施形態では、スイッチング素子10は、外形が直方体状に形成されている。
As shown in FIG. 2, the switching
本実施形態では、第一端子31は、一対の主端子30のうちの負極側の主端子30(直流電源Bの負極に接続される主端子30)であり、第二端子32は、一対の主端子30のうちの正極側の主端子30(直流電源Bの正極に接続される主端子30)である。すなわち、スイッチング素子10としてIGBTが用いられる場合には、第一端子31はエミッタ端子であり、第二端子32はコレクタ端子である。また、スイッチング素子10としてMOSFETが用いられる場合には、第一端子31はソース端子であり、第二端子32はドレイン端子である。
In the present embodiment, the
図2に示すように、スイッチング素子ユニット1には、スイッチング素子10として、第一面21が素子配置面41(絶縁基板40)に対向するように配置される第一スイッチング素子11が設けられる。本実施形態では、図3に示すように、第一スイッチング素子11は、上段アームを構成するスイッチング素子10として用いられ、第一スイッチング素子11とは素子配置面41(絶縁基板40)に対する配置形態の異なる第二スイッチング素子12が、下段アームを構成するスイッチング素子10として用いられている。ここでは詳細な説明は省略するが、第二スイッチング素子12は、第二面22が素子配置面41に対向するように配置されるスイッチング素子10である。第二スイッチング素子12は、第一スイッチング素子11が配置される絶縁基板40と同一の絶縁基板40に配置され、或いは、第一スイッチング素子11が配置される絶縁基板40とは異なる絶縁基板40に配置される。なお、第一スイッチング素子11が、下段アームを構成するスイッチング素子10として用いられる構成や、第一スイッチング素子11が、上段アームを構成するスイッチング素子10として用いられると共に下段アームを構成するスイッチング素子10としても用いられる構成とすることも可能である。
As shown in FIG. 2, the switching
図2に示すように、絶縁基板40は、第一電極パターン51と、制御電極パターン54とを備える。第一電極パターン51は、素子配置面41に表出するように設けられて素子配置面41で第一スイッチング素子11の第一端子31に電気的に接続される電極パターンである。本実施形態では、第一電極パターン51における素子配置面41に表出する部分の上下方向視(平面視)での形状(形状の種別及び大きさ)は、第一スイッチング素子11の第一面21に形成される第一端子31の上下方向視での形状と一致する。また、制御電極パターン54は、素子配置面41に表出するように設けられて素子配置面41で第一スイッチング素子11の制御端子34に電気的に接続される電極パターンである。制御電極パターン54は、絶縁基板40の表面及び内部の双方で、第一電極パターン51と絶縁距離以上離れて形成される。本実施形態では、図1に示すように、絶縁基板40は、更に、第三電極パターン53を備えている。第三電極パターン53は、素子配置面41に表出するように設けられて素子配置面41で第一スイッチング素子11の第三端子33に電気的に接続される電極パターンである。なお、第三端子33は、スイッチング素子10の第一面21に設けられる、第一端子31と同電位の端子である。本実施形態では、第三端子33は、制御端子34と後述する対象方向Aの同じ位置に設けられている。絶縁基板40に備えられる各電極パターンは、導電性を有する材料(例えば、銅やアルミニウム等の金属材料)で形成される。各電極パターンを形成する材料は、熱伝導性も有する。
As shown in FIG. 2, the insulating
第一スイッチング素子11は、第一電極パターン51(具体的には、第一電極パターン51における素子配置面41に表出する部分)と、制御電極パターン54(具体的には、制御電極パターン54における素子配置面41に表出する部分)とに対して、上側から載るように配置(すなわち、載置)されている。具体的には、第一面21に設けられた第一端子31が第一電極パターン51に対して上側から載ると共に、第一面21に設けられた制御端子34が制御電極パターン54に対して上側から載るように、第一スイッチング素子11が素子配置面41に配置されている。本実施形態では、ハンダや導電性ペースト等の導電性を有する接合材により、第一端子31と第一電極パターン51とが互いに接合されると共に、制御端子34と制御電極パターン54とが互いに接合されている。
The
本実施形態では、更に、第一スイッチング素子11は、第三電極パターン53(具体的には、第三電極パターン53における素子配置面41に表出する部分)に対して、上側から載るように配置されている。具体的には、第一面21に設けられた第三端子33が第三電極パターン53に対して上側から載るように、第一スイッチング素子11が素子配置面41に配置されている。本実施形態では、導電性を有する接合材により、第三端子33と第三電極パターン53とが互いに接合されている。
In the present embodiment, the
第一電極パターン51は、第一端子31を第一スイッチング素子11の外部の部品に電気的に接続するための電極パターンである。本実施形態では、図3に示すように、第一電極パターン51を介して、第一スイッチング素子11の第一端子31が第二スイッチング素子12の第二端子32に電気的に接続されると共に、第一スイッチング素子11の第一端子31が回転電機93のコイルに電気的に接続される。制御電極パターン54は、制御端子34を、第一スイッチング素子11のスイッチング制御信号(ゲート駆動信号)を出力する制御回路(ドライバ回路)に電気的に接続するための電極パターンである。また、第三電極パターン53は、第三端子33を、上記ドライバ回路或いは当該ドライバ回路よりも上位の制御回路(制御装置)に電気的に接続するための電極パターンである。すなわち、制御電極パターン54や第三電極パターン53には、スイッチング用の制御線(例えば、フレキシブルプリント基板に形成された制御線)が電気的に接続される。上述したように、第三端子33は、第一端子31と同電位の端子である。例えば、第三端子33から検出される情報に基づき、過電流の有無の判断が行われる構成とすることができる。
The
ここで、図2に示すように、素子配置面41に沿って第一電極パターン51から制御電極パターン54に向かう方向を対象方向Aとする。すなわち、対象方向Aは、素子配置面41に平行な方向であって、第一電極パターン51の素子配置面41における表出部分から、制御電極パターン54の素子配置面41における表出部分に向かう方向である。対象方向Aは、第一スイッチング素子11が素子配置面41に配置された状態で、第一面21に沿って第一端子31から制御端子34に向かう方向に一致する。すなわち、第一スイッチング素子11は、制御端子34が第一端子31に対して対象方向A側となる向きで、素子配置面41に配置される。
Here, as shown in FIG. 2, a direction from the
スイッチング素子10はオンオフ動作に伴い発熱するため、スイッチング素子10を冷却する必要がある。本実施形態では、図2に示すように、第一スイッチング素子11は、絶縁基板40の素子配置面41に対して第一面21が対向するように配置されると共に、絶縁基板40の素子配置面41とは反対側の面である冷却面42が、冷却ユニット2により冷却される。よって、第一端子31から冷却面42側への熱の放散性を適切に確保することで、第一スイッチング素子11を適切に冷却することができる。なお、第一端子31は、絶縁基板40に形成された第一電極パターン51に上側から載るように配置されるため、第一端子31の熱は、主に第一電極パターン51を介して冷却面42側へ放散される。すなわち、第一電極パターン51は、電気的接続部材としての機能に加えて、ヒートスプレッダとしての機能も有している。この点に鑑みて、図2に示すように、第一電極パターン51を、素子配置面41から冷却面42側へ向かうに従って対象方向A側に広がるように形成している。なお、対象方向A側への広がりは、連続的又は段階的な広がりとされ、本実施形態では、段階的な広がりとされている。これにより、第一電極パターン51が対象方向A側に広がる分だけ、第一端子31から冷却面42側への第一電極パターン51を介した熱の放散効率の向上を図ることができ、第一スイッチング素子11の冷却性能を適切に確保することが可能となっている。
Since the switching
図2に示すように、本実施形態では、第一電極パターン51は、素子配置面41から冷却面42側へ向かうに従って、対象方向Aとは反対側にも広がるように形成されている。素子配置面41における第一電極パターン51の対象方向A側の端部と、最も冷却面42側の位置(本実施形態では冷却面42の位置)における第一電極パターン51の対象方向A側の端部との、対象方向Aの位置の差(絶対値)を「第一広がり幅」とし、素子配置面41における第一電極パターン51の対象方向Aとは反対側の端部と、最も冷却面42側の位置(本実施形態では冷却面42の位置)における第一電極パターン51の対象方向Aとは反対側の端部との、対象方向Aの位置の差(絶対値)を「第二広がり幅」とすると、本実施形態では、第二広がり幅は第一広がり幅よりも小さい。また、本実施形態では、第一電極パターン51の(全体としての)対象方向Aとは反対側の端部(本実施形態では冷却面42における第一電極パターン51の対象方向Aとは反対側の端部と一致)は、第一スイッチング素子11の対象方向Aとは反対側の端部と、対象方向Aの同じ位置に配置されている。
As shown in FIG. 2, in the present embodiment, the
本実施形態では、更に、制御電極パターン54は、絶縁基板40における素子配置面41側の表層43にのみ形成されている。そして、本実施形態では、第一電極パターン51は、表層43において制御電極パターン54に対して絶縁距離以上離れて配置されていると共に、冷却面42側へ向かうに従って断面積が連続的又は段階的(本実施形態では段階的に)に大きくなるように、表層43から冷却面42まで連続して形成されている。ここでの断面積は、上下方向に直交する断面の面積である。図示は省略するが、本実施形態では、第一電極パターン51の対象方向A及び上下方向の双方に直交する方向の幅は、対象方向Aに沿って均一に形成されている。そのため、本実施形態では、第一電極パターン51の対象方向Aの幅の拡大に伴い、第一電極パターン51の断面積が大きくなる。なお、「表層43」とは、絶縁基板40の表面(ここでは素子配置面41)から一定の深さまでの部分(表面部)を意味する。表層43の厚さ(上下方向の幅)は、例えば、絶縁基板40の厚さの半分以下の厚さ、絶縁基板40の厚さの4分の1以下の厚さ、絶縁基板40の厚さの8分の1以下の厚さ等とすることができる。
In the present embodiment, the
本実施形態では、絶縁基板40における制御電極パターン54に対して下側(冷却面42側)の部分に、言い換えれば、絶縁基板40における表層43を除く部分(表層43よりも冷却面42側の部分)であって上下方向に見て制御電極パターン54と重複する部分に、第一電極パターン51の一部を形成している。すなわち、第一電極パターン51は、素子配置面41から冷却面42側へ向かうに従って、上下方向に見て制御電極パターン54と重複する部分まで広がるように形成されている。よって、第一電極パターン51の(全体としての)対象方向A側の端部(本実施形態では冷却面42における第一電極パターン51の対象方向A側の端部と一致)は、制御電極パターン54の対象方向Aとは反対側の端部よりも対象方向A側に配置される。本実施形態では、第一電極パターン51の(全体としての)対象方向A側の端部は、制御電極パターン54の対象方向A側の端部と、対象方向Aの同じ位置に配置されている。
In the present embodiment, the portion on the lower side (cooling
上述したように、第一電極パターン51は、表層43において制御電極パターン54に対して絶縁距離以上離れて配置されている。当然ながら、絶縁基板40における表層43よりも冷却面42側の部分においても、第一電極パターン51は、制御電極パターン54に対して絶縁距離以上離れて配置されている。この点に関し、絶縁基板40の内部で必要な絶縁距離は、絶縁基板40の表面(ここでは素子配置面41)で必要な絶縁距離(沿面距離)よりも短いことに鑑みて、本実施形態では図2に示すように、絶縁基板40の内部における第一電極パターン51と制御電極パターン54との離間距離を、素子配置面41における第一電極パターン51と制御電極パターン54との離間距離よりも短くしている。
As described above, the
2.第二の実施形態
スイッチング素子ユニットの第二の実施形態について、主に図4及び図5を参照して説明する。以下では、上記第一の実施形態との相違点を中心に説明し、特に明記しない点については上記第一の実施形態と同様とする。
2. Second Embodiment A second embodiment of the switching element unit will be described mainly with reference to FIGS. 4 and 5. Below, it demonstrates centering around difference with said 1st embodiment, and it is the same as that of said 1st embodiment about the point which is not specified clearly.
図5に示すように、スイッチング素子ユニット1は、同一の絶縁基板40に配置される第一スイッチング素子11及び第二スイッチング素子12を備えている。第二スイッチング素子12は、上記第一の実施形態で説明したように、第二面22が素子配置面41に対向するように配置されるスイッチング素子10である。図3及び図5に示すように、同一の絶縁基板40に配置される第一スイッチング素子11と第二スイッチング素子12とは、第一スイッチング素子11の第一端子31と第二スイッチング素子12の第二端子32とが電気的に接続されることにより、互いに直列に接続される。
As shown in FIG. 5, the switching
図5に示すように、絶縁基板40は、第一電極パターン51及び制御電極パターン54に加えて、第二電極パターン52を備えている。第二電極パターン52は、素子配置面41に表出するように設けられて素子配置面41で第二スイッチング素子12の第二端子32に電気的に接続される電極パターンである。第二スイッチング素子12は、第二電極パターン52(具体的には、第二電極パターン52における素子配置面41に表出する部分)に対して上側から載るように配置されている。具体的には、第二面22に設けられた第二端子32が第二電極パターン52に対して上側から載るように、第二スイッチング素子12が素子配置面41に配置されている。そして、第二端子32の熱が主に第二電極パターン52を介して冷却面42側へ放散されることで、第二スイッチング素子12が冷却される。本実施形態では、導電性を有する接合材により、第二端子32と第二電極パターン52とが互いに接合されている。
As shown in FIG. 5, the insulating
第二電極パターン52は、第二端子32を第二スイッチング素子12の外部の部品に電気的に接続するための電極パターンである。本実施形態では、図3に示すように、第二電極パターン52を介して、第二スイッチング素子12の第二端子32が第一スイッチング素子11の第一端子31に電気的に接続されると共に、第二スイッチング素子12の第二端子32が回転電機93のコイルに電気的に接続される。なお、図5に示す例では、第一スイッチング素子11及び第二スイッチング素子12に対して上側に、絶縁層4が形成されている。絶縁層4は、電気的絶縁性を有する材料(例えば、セラミックや樹脂等)により形成される。そして、絶縁層4に、正極電極パターン55、負極電極パターン56、第一信号電極パターン61、第二信号電極パターン62、第三信号電極パターン63、及び第四信号電極パターン64が形成されている。正極電極パターン55は、第一スイッチング素子11の第二端子32を直流電源Bの正極に電気的に接続するための電極パターンであり、負極電極パターン56は、第二スイッチング素子12の第一端子31を直流電源Bの負極に電気的に接続するための電極パターンである。図5に示す例では、導電性を有する接合材により、正極電極パターン55と第一スイッチング素子11の第二端子32とが互いに接合されると共に、負極電極パターン56と第二スイッチング素子12の第一端子31とが互いに接合されている。
The
また、第一信号電極パターン61は、第一スイッチング素子11の制御端子34を制御回路に電気的に接続するための電極パターンであり、第二信号電極パターン62は、第二スイッチング素子12の制御端子34を制御回路に電気的に接続するための電極パターンであり、第三信号電極パターン63は、第一スイッチング素子11の第三端子33を制御回路に電気的に接続するための電極パターンであり、第四信号電極パターン64は、第二スイッチング素子12の第三端子33を制御回路に電気的に接続するための電極パターンである。図4及び図5に示す例では、第一信号電極パターン61は、制御電極パターン54を介して第一スイッチング素子11の制御端子34に電気的に接続されると共に、絶縁層4の上面に表出するように形成されている。また、第二信号電極パターン62は、導電性を有する接合材により第二スイッチング素子12の制御端子34に接合されると共に、絶縁層4の上面に表出するように形成されている。また、第三信号電極パターン63は、第三電極パターン53を介して第一スイッチング素子11の第三端子33に電気的に接続されると共に、絶縁層4の上面に表出するように形成されている。また、第四信号電極パターン64は、導電性を有する接合材により第二スイッチング素子12の第三端子33に接合されると共に、絶縁層4の上面に表出するように形成されている。第一信号電極パターン61、第二信号電極パターン62、第三信号電極パターン63、及び第四信号電極パターン64のそれぞれの絶縁層4の上面に表出する部分に、スイッチング用の制御線が電気的に接続される。
The first
本実施形態では、図4及び図5に示すように、第二スイッチング素子12は、第一スイッチング素子11に対して対象方向A側に配置されている。また、本実施形態では、第二スイッチング素子12の配置方向は、第一端子31が制御端子34に対して対象方向A側となる向きとされている。これにより、図5に示すように、第一スイッチング素子11の制御端子34と第二スイッチング素子12の制御端子34との距離(対象方向Aに沿った距離)を、後に説明する図7や図8に示す例に比べて、短くすることが可能となっている。この結果、第一信号電極パターン61と第二信号電極パターン62との距離も短くすることが可能となっている。本実施形態では、第一スイッチング素子11の第三端子33と第二スイッチング素子12の第三端子33との距離も短くすることが可能となり、この結果、図4に示すように、第三信号電極パターン63と第四信号電極パターン64との距離も短くすることが可能となっている。これにより、図7や図8に示す例に比べて、制御回路と制御端子34とを電気的に接続する制御線や、制御回路と第三端子33とを電気的に接続する制御線の長さを、第一スイッチング素子11及び第二スイッチング素子12の双方について短く抑えることが可能となっている。なお、本実施形態では、正極電極パターン55と負極電極パターン56との間に、共に低電圧信号を伝送する第一信号電極パターン61及び第二信号電極パターン62の双方が配置されるため、第一信号電極パターン61と第二信号電極パターン62との間に強電圧系が介在しないことになり、この点からも、第一信号電極パターン61と第二信号電極パターン62との距離を短くすることが可能となっている。
In the present embodiment, as shown in FIGS. 4 and 5, the
また、本実施形態では、図5に示すように、第一電極パターン51と第二電極パターン52とが、制御電極パターン54に対して冷却面42側において一体的に接続されている。すなわち、絶縁基板40に備えられる電極パターンのみによって、第一スイッチング素子11の第一端子31と第二スイッチング素子12の第二端子32とが電気的に接続されている。第一スイッチング素子11と第二スイッチング素子12とを互いに同じ外面が素子配置面41に対向するように配置する場合には、第一スイッチング素子11と第二スイッチング素子12とを電気的に接続するための部材を素子配置面41の外側の空間に配置する必要があるが、本実施形態では、素子配置面41の外側の空間にこのような部材を配置する必要がない。これにより、第一スイッチング素子11と第二スイッチング素子12とを互いに近づけて配置することや、第一スイッチング素子11と第二スイッチング素子12との間の空間に別の部材(本実施形態では、第一信号電極パターン61や第二信号電極パターン62)を配置すること等が可能となり、スイッチング素子ユニット1全体の小型化を図ることが可能となる。
In the present embodiment, as shown in FIG. 5, the
また、本実施形態では、第一スイッチング素子11と第二スイッチング素子12とが、互いに反対側の外面(より詳細には、第一スイッチング素子11は第一面21、第二スイッチング素子12は第二面22)を素子配置面41に向けて配置されるため、第一スイッチング素子11を流れる電流の向きと、第二スイッチング素子12を流れる電流の向きとを、互いに逆向きとすることができる。すなわち、第一スイッチング素子11を流れる電流により発生する磁界の向きと、第二スイッチング素子12を流れる電流により発生する磁界の向きとを、互いの磁界を弱め合う向きとすることができる。よって、第一スイッチング素子11や第二スイッチング素子12の実効インダクタンスを低減して、スイッチング動作に伴うサージ電圧を抑制することが可能となっている。
In the present embodiment, the
3.その他の実施形態
スイッチング素子ユニットのその他の実施形態について説明する。なお、以下のそれぞれの実施形態で開示される構成は、矛盾が生じない限り、他の実施形態で開示される構成と組み合わせて適用することも可能である。
3. Other Embodiments Other embodiments of the switching element unit will be described. Note that the configurations disclosed in the following embodiments can be applied in combination with the configurations disclosed in other embodiments as long as no contradiction arises.
(1)上記第二の実施形態では、スイッチング素子ユニット1が、同一の絶縁基板40に配置される複数のスイッチング素子10として、第一スイッチング素子11及び第二スイッチング素子12のそれぞれを1つずつ備える構成を例として説明した。しかし、そのような構成に限定されることなく、スイッチング素子ユニット1が、同一の絶縁基板40に配置される複数のスイッチング素子10として、第一スイッチング素子11及び第二スイッチング素子12のそれぞれを複数ずつ備える構成とすることも可能である。例えば、図6に示す例のように、スイッチング素子ユニット1が、同一の絶縁基板40上に、図3に示すインバータ回路を構成する全てのスイッチング素子10(3つの第一スイッチング素子11及び3つの第二スイッチング素子12)を備える構成とすることも可能である。なお、図6に示す例では、図5に示すスイッチング素子ユニット1を1つの単位構成として、3つの単位構成が対象方向Aに並べて配置された構成を有する。このような構成は、三相モータの駆動用インバータに適している。
(1) In the second embodiment described above, the switching
(2)上記第二の実施形態では、第二スイッチング素子12が、第一スイッチング素子11に対して対象方向A側に配置される構成を例として説明した。しかし、そのような構成に限定されることなく、例えば図7や図8に示す例のように、第二スイッチング素子12が、第一スイッチング素子11に対して対象方向Aとは反対側に配置される構成とすることも可能である。なお、図7に示す例では、第二スイッチング素子12の配置方向が、第一端子31が制御端子34に対して対象方向Aとは反対側となる向きであるのに対して、図8に示す例では、第二スイッチング素子12の配置方向が、第一端子31が制御端子34に対して対象方向A側となる向きとなっている。これらの図7や図8に示す例でも、上記第二の実施形態と同様に、第一電極パターン51と第二電極パターン52とが一体的に接続されている。
(2) In the second embodiment, the configuration in which the
(3)上記第二の実施形態では、第二スイッチング素子12の配置方向が、第一端子31が制御端子34に対して対象方向A側となる向きである構成を例として説明した。しかし、そのような構成に限定されることなく、上記第二の実施形態の構成において、第二スイッチング素子12の配置方向を、第一端子31が制御端子34に対して対象方向Aとは反対側となる向きとすることも可能である。
(3) In the second embodiment, the configuration in which the arrangement direction of the
(4)上記の各実施形態では、第一電極パターン51が、素子配置面41から冷却面42側へ向かうに従って対象方向A側に段階的に広がる構成を例として説明した。しかし、そのような構成に限定されることなく、例えば、図9に示す例のように、第一電極パターン51が、素子配置面41から冷却面42側へ向かうに従って対象方向A側に連続的に広がる構成とすることもできる。そして、図9に示す例では、第一電極パターン51は、冷却面42側へ向かうに従って断面積が連続的に大きくなるように、表層43から冷却面42まで連続して形成されている。また、図9に示す例では、上記の各実施形態とは異なり、上述した第一広がり幅及び第二広がり幅が互いに等しくなっている。また、図9に示す例では、上記の各実施形態とは異なり、第一電極パターン51は、素子配置面41から冷却面42側へ向かうに従って、上下方向に見て制御電極パターン54と重複する部分までは広がらないように構成されている。すなわち、図9に示す例では、第一電極パターン51の対象方向A側の端部は、制御電極パターン54の対象方向Aとは反対側の端部よりも、対象方向Aとは反対側に配置されている。
(4) In each of the above embodiments, the
(5)上記の各実施形態では、制御電極パターン54が、絶縁基板40における素子配置面41側の表層43にのみ形成される構成を例として説明した。しかし、そのような構成に限定されることなく、制御電極パターン54が、表層43から冷却面42まで連続して形成される構成とすることも可能である。この場合、例えば、制御電極パターン54における対象方向Aとは反対側の端部が、冷却面42側へ向かうに従って対象方向A側に向かうように形成される構成とすることができる。
(5) In the above embodiments, the configuration in which the
(6)上記の各実施形態では、第一端子31が、一対の主端子30のうちの負極側の主端子30であり、第二端子32が、一対の主端子30のうちの正極側の主端子30である構成を例として説明した。しかし、そのような構成に限定されることなく、第一端子31が、一対の主端子30のうちの正極側の主端子30であり、第二端子32が、一対の主端子30のうちの負極側の主端子30である構成とすることも可能である。
(6) In each of the above embodiments, the
(7)上記の各実施形態では、スイッチング素子10がインバータ回路に用いられる構成を例として説明した。しかし、そのような構成に限定されることなく、例えば、スイッチング素子10が、直流電源Bの直流電圧を昇圧するための昇圧回路に用いられる構成とすることもできる。
(7) In each of the above embodiments, the configuration in which the
(8)その他の構成に関しても、本明細書において開示された実施形態は全ての点で単なる例示に過ぎないと理解されるべきである。従って、当業者は、本開示の趣旨を逸脱しない範囲で、適宜、種々の改変を行うことが可能である。 (8) Regarding other configurations, it should be understood that the embodiments disclosed herein are merely examples in all respects. Accordingly, those skilled in the art can make various modifications as appropriate without departing from the spirit of the present disclosure.
4.上記実施形態の概要
以下、上記において説明したスイッチング素子ユニットの概要について説明する。
4). Outline of the above embodiment Hereinafter, an outline of the switching element unit described above will be described.
電気的絶縁性を有する材料で形成された絶縁基板(40)と、前記絶縁基板(40)の素子配置面(41)に配置されるスイッチング素子(10)と、を備え、前記絶縁基板(40)における前記素子配置面(41)とは反対側の面が、冷却ユニット(2)により冷却される冷却面(42)であるスイッチング素子ユニット(1)であって、前記スイッチング素子(10)は、直流電圧の供給源(B)に電気的に接続される一対の主端子(30)と、当該スイッチング素子(10)の制御用の制御端子(34)とを備え、前記一対の主端子(30)の一方である第一端子(31)と前記制御端子(34)とが、前記スイッチング素子(10)の外面における第一面(21)に設けられ、前記一対の主端子(30)の他方である第二端子(32)が、前記スイッチング素子(10)の外面における前記第一面(21)とは反対側を向く第二面(22)に設けられ、前記スイッチング素子(10)として、前記第一面(21)が前記素子配置面(41)に対向するように配置される第一スイッチング素子(11)が設けられ、前記絶縁基板(40)は、第一電極パターン(51)と、制御電極パターン(54)とを備え、前記第一電極パターン(51)は、前記素子配置面(41)に表出するように設けられて前記素子配置面(41)で前記第一スイッチング素子(11)の前記第一端子(31)に電気的に接続され、前記制御電極パターン(54)は、前記素子配置面(41)に表出するように設けられて前記素子配置面(41)で前記第一スイッチング素子(11)の前記制御端子(34)に電気的に接続され、前記素子配置面(41)に沿って前記第一電極パターン(51)から前記制御電極パターン(54)に向かう方向を対象方向(A)として、前記第一電極パターン(51)が、前記素子配置面(41)から前記冷却面(42)側へ向かうに従って前記対象方向(A)側に広がるように形成されている。 An insulating substrate (40) formed of a material having electrical insulation, and a switching element (10) disposed on an element disposition surface (41) of the insulating substrate (40), the insulating substrate (40 ) Is a switching element unit (1) whose surface opposite to the element arrangement surface (41) is a cooling surface (42) cooled by the cooling unit (2), and the switching element (10) A pair of main terminals (30) electrically connected to a DC voltage supply source (B) and a control terminal (34) for controlling the switching element (10), the pair of main terminals ( 30), the first terminal (31) and the control terminal (34) are provided on the first surface (21) of the outer surface of the switching element (10), and the pair of main terminals (30) The other second terminal (32 Is provided on the second surface (22) facing away from the first surface (21) on the outer surface of the switching element (10), and the first surface (21) is the switching element (10). A first switching element (11) arranged to face the element arrangement surface (41) is provided, and the insulating substrate (40) includes a first electrode pattern (51), a control electrode pattern (54), and The first electrode pattern (51) is provided so as to be exposed on the element arrangement surface (41), and the first terminal of the first switching element (11) is provided on the element arrangement surface (41). The control electrode pattern (54) is electrically connected to the element placement surface (41) and is electrically connected to the first switching element (11) on the device placement surface (41). ) Said control terminal 34), and the direction from the first electrode pattern (51) toward the control electrode pattern (54) along the element arrangement surface (41) is defined as the target direction (A). A pattern (51) is formed so as to spread toward the target direction (A) as it goes from the element arrangement surface (41) toward the cooling surface (42).
この構成では、第一端子(31)(一対の主端子(30)の一方)と制御端子(34)との双方が設けられた第一面(21)が、絶縁基板(40)の素子配置面(41)に対向するように配置される第一スイッチング素子(11)について、素子配置面(41)で第一端子(31)に電気的に接続される第一電極パターン(51)が、絶縁基板(40)における冷却ユニット(2)により冷却される冷却面(42)側へ素子配置面(41)から向かうに従って、対象方向(A)側に広がるように形成される。よって、第一電極パターン(51)が対象方向(A)側に広がる分だけ、第一端子(31)から冷却面(42)側への第一電極パターン(51)を介した熱の放散効率の向上を図ることができ、第一スイッチング素子(11)の冷却性能を適切に確保することが可能となる。なお、対象方向(A)は、素子配置面(41)に沿って第一電極パターン(51)から制御電極パターン(54)に向かう方向であるため、絶縁基板(40)の対象方向(A)側への大型化を抑制しつつ、制御電極パターン(54)に対して冷却面(42)側のスペースを有効利用して、素子配置面(41)から冷却面(42)側へ向かうに従って対象方向(A)側に広がるように第一電極パターン(51)を形成することが可能という利点もある。
以上のように、上記の構成によれば、主端子(30)及び制御端子(34)の双方が設けられた外面(21)が絶縁基板(40)に対向するように配置されるスイッチング素子(11)の冷却性能を、適切に確保することが可能となる。
In this configuration, the first surface (21) on which both the first terminal (31) (one of the pair of main terminals (30)) and the control terminal (34) are provided is the element arrangement of the insulating substrate (40). For the first switching element (11) arranged to face the surface (41), the first electrode pattern (51) electrically connected to the first terminal (31) at the element arrangement surface (41) is: The insulating substrate (40) is formed so as to spread toward the target direction (A) side from the element arrangement surface (41) toward the cooling surface (42) side cooled by the cooling unit (2). Therefore, the heat dissipation efficiency through the first electrode pattern (51) from the first terminal (31) to the cooling surface (42) side by the amount that the first electrode pattern (51) spreads toward the target direction (A) side. Therefore, it is possible to appropriately secure the cooling performance of the first switching element (11). Since the target direction (A) is a direction from the first electrode pattern (51) toward the control electrode pattern (54) along the element arrangement surface (41), the target direction (A) of the insulating substrate (40). The space on the cooling surface (42) side with respect to the control electrode pattern (54) is effectively utilized while suppressing the enlargement to the side, and the object is directed toward the cooling surface (42) side from the element arrangement surface (41). There is also an advantage that the first electrode pattern (51) can be formed so as to spread in the direction (A).
As described above, according to the above configuration, the switching element (21) arranged so that the outer surface (21) provided with both the main terminal (30) and the control terminal (34) faces the insulating substrate (40). It becomes possible to ensure the cooling performance of 11) appropriately.
ここで、前記制御電極パターン(54)は、前記絶縁基板(40)における前記素子配置面(41)側の表層(43)にのみ形成され、前記第一電極パターン(51)は、前記表層(43)において前記制御電極パターン(54)に対して絶縁距離以上離れて配置されていると共に、前記冷却面(42)側へ向かうに従って断面積が連続的又は段階的に大きくなるように、前記表層(43)から前記冷却面(42)まで連続して形成されていると好適である。 Here, the control electrode pattern (54) is formed only on the surface layer (43) on the element arrangement surface (41) side of the insulating substrate (40), and the first electrode pattern (51) is formed on the surface layer (43). 43), the surface layer is disposed so as to be separated from the control electrode pattern (54) by an insulation distance or more and the cross-sectional area increases continuously or stepwise toward the cooling surface (42). It is preferable to form continuously from (43) to the cooling surface (42).
この構成によれば、制御電極パターン(54)が絶縁基板(40)の表層(43)にのみ形成されるため、絶縁基板(40)における表層(43)よりも冷却面(42)側の部分において制御電極パターン(54)との絶縁距離を適切に確保しつつ、素子配置面(41)から冷却面(42)側へ向かうに従って対象方向(A)側に広がるように第一電極パターン(51)を形成することが容易となる。また、第一電極パターン(51)が、表層(43)において制御電極パターン(54)に対して絶縁距離以上離れて配置されていると共に、冷却面(42)側へ向かうに従って断面積が連続的又は段階的に大きくなるように、表層(43)から冷却面(42)まで連続して形成される。よって、第一電極パターン(51)と制御電極パターン(54)との間の電気的絶縁性を適切に確保することができると共に、表層(43)から冷却面(42)まで連続して形成される第一電極パターン(51)の断面積が冷却面(42)側へ向かうに従って大きくなるため、第一端子(31)から冷却面(42)側への第一電極パターン(51)を介した熱の放散効率の向上をより一層図ることができる。 According to this configuration, since the control electrode pattern (54) is formed only on the surface layer (43) of the insulating substrate (40), the portion on the cooling surface (42) side of the surface layer (43) in the insulating substrate (40). The first electrode pattern (51) spreads toward the target direction (A) from the element arrangement surface (41) toward the cooling surface (42) while appropriately securing an insulation distance from the control electrode pattern (54). ). In addition, the first electrode pattern (51) is arranged on the surface layer (43) with an insulation distance or more away from the control electrode pattern (54), and the cross-sectional area is continuous toward the cooling surface (42) side. Or it forms continuously from a surface layer (43) to a cooling surface (42) so that it may become large in steps. Therefore, it is possible to appropriately ensure electrical insulation between the first electrode pattern (51) and the control electrode pattern (54) and to continuously form the surface layer (43) to the cooling surface (42). Since the cross-sectional area of the first electrode pattern (51) increases toward the cooling surface (42), the first electrode pattern (51) from the first terminal (31) to the cooling surface (42) side is interposed. The heat dissipation efficiency can be further improved.
また、前記スイッチング素子(10)として、更に、前記第二面(22)が前記素子配置面(41)に対向するように配置される第二スイッチング素子(12)が設けられ、前記第二スイッチング素子(12)は、前記第一スイッチング素子(11)に対して前記対象方向(A)側に配置され、前記第二スイッチング素子(12)の配置方向は、当該第二スイッチング素子(12)の前記第一端子(31)が当該第二スイッチング素子(12)の前記制御端子(34)に対して前記対象方向(A)側となる向きであり、前記絶縁基板(40)は、前記素子配置面(41)に表出するように設けられて前記素子配置面(41)で前記第二スイッチング素子(12)の前記第二端子(32)に電気的に接続される第二電極パターン(52)を更に備え、前記第一電極パターン(51)と前記第二電極パターン(52)とが、前記制御電極パターン(54)に対して前記冷却面(42)側において一体的に接続されていると好適である。 The switching element (10) is further provided with a second switching element (12) disposed so that the second surface (22) faces the element disposition surface (41), and the second switching element (10) is provided. The element (12) is arranged on the target direction (A) side with respect to the first switching element (11), and the arrangement direction of the second switching element (12) is the same as that of the second switching element (12). The first terminal (31) is oriented in the target direction (A) with respect to the control terminal (34) of the second switching element (12), and the insulating substrate (40) A second electrode pattern (52) provided so as to be exposed on the surface (41) and electrically connected to the second terminal (32) of the second switching element (12) on the element arrangement surface (41). ) Preferably, the first electrode pattern (51) and the second electrode pattern (52) are integrally connected to the control electrode pattern (54) on the cooling surface (42) side. is there.
この構成によれば、第一電極パターン(51)と第二電極パターン(52)とにより第一スイッチング素子(11)の第一端子(31)と第二スイッチング素子(12)の第二端子(32)とが電気的に接続されるため、第一スイッチング素子(11)と第二スイッチング素子(12)とが互いに電気的に直列に接続される直列回路を形成することができる。ここで、第一スイッチング素子(11)と第二スイッチング素子(12)とを互いに同じ外面が素子配置面(41)に対向するように配置する場合には、これら2つのスイッチング素子(11,12)を電気的に接続するための部材を素子配置面(41)の外側の空間に配置する必要があるが、上記の構成によれば、第一スイッチング素子(11)と第二スイッチング素子(12)とを電気的に接続するための第一電極パターン(51)と第二電極パターン(52)とが、絶縁基板(40)に備えられる。よって、第一スイッチング素子(11)と第二スイッチング素子(12)とを互いに近づけて配置することや、第一スイッチング素子(11)と第二スイッチング素子(12)との間の空間に別の部材を配置すること等が可能となり、スイッチング素子ユニット(1)全体の小型化を図ることが可能となる。
また、上記の構成によれば、第一スイッチング素子(11)と第二スイッチング素子(12)とが、互いに反対側の外面を素子配置面(41)に向けて配置されるため、第一スイッチング素子(11)を流れる電流の向きと、第二スイッチング素子(12)を流れる電流の向きとを、互いに逆向きとすることができる。すなわち、第一スイッチング素子(11)を流れる電流により発生する磁界の向きと、第二スイッチング素子(12)を流れる電流により発生する磁界の向きとを、互いの磁界を弱め合う向きとすることができる。よって、第一スイッチング素子(11)や第二スイッチング素子(12)の実効インダクタンスを低減して、スイッチング動作に伴うサージ電圧を抑制することが可能となる。
更には、上記の構成によれば、第二スイッチング素子(12)が、第一スイッチング素子(11)に対して対象方向(A)側に配置されると共に、第二スイッチング素子(12)の配置方向が、第一端子(31)が制御端子(34)に対して対象方向(A)側となる向きとなる。よって、第二スイッチング素子(12)が、第一スイッチング素子(11)に対して対象方向(A)とは反対側に配置される場合や、第二スイッチング素子(12)が、第一スイッチング素子(11)に対して対象方向(A)側に配置される場合であっても、第二スイッチング素子(12)の配置方向が、第一端子(31)が制御端子(34)に対して対象方向(A)とは反対側となる向きとなる場合に比べて、第一スイッチング素子(11)の制御端子(34)と第二スイッチング素子(12)の制御端子(34)とを近づけて配置することができる。これにより、第一スイッチング素子(11)や第二スイッチング素子(12)の制御信号を出力する制御回路とこれら2つの制御端子(34)との間の電気的接続経路の長さを短く抑えることが可能となり、例えば、制御信号のノイズ耐性の向上を図ることが可能となる。
According to this configuration, the first terminal (31) of the first switching element (11) and the second terminal (2) of the second switching element (12) are formed by the first electrode pattern (51) and the second electrode pattern (52). 32) are electrically connected to each other, so that a series circuit in which the first switching element (11) and the second switching element (12) are electrically connected to each other in series can be formed. Here, when the first switching element (11) and the second switching element (12) are arranged so that the same outer surface faces the element arrangement surface (41), these two switching elements (11, 12) are arranged. ) In the space outside the element arrangement surface (41), the first switching element (11) and the second switching element (12) need to be arranged in the space outside the element arrangement surface (41). The first electrode pattern (51) and the second electrode pattern (52) are electrically provided on the insulating substrate (40). Therefore, the first switching element (11) and the second switching element (12) are arranged close to each other, or another space is provided between the first switching element (11) and the second switching element (12). It becomes possible to arrange the members, and the entire switching element unit (1) can be downsized.
Moreover, according to said structure, since a 1st switching element (11) and a 2nd switching element (12) are arrange | positioned toward the element arrangement | positioning surface (41) with the outer surface on the opposite side mutually, 1st switching The direction of the current flowing through the element (11) and the direction of the current flowing through the second switching element (12) can be opposite to each other. That is, the direction of the magnetic field generated by the current flowing through the first switching element (11) and the direction of the magnetic field generated by the current flowing through the second switching element (12) are set to be directions in which the mutual magnetic fields are weakened. it can. Therefore, the effective inductance of the first switching element (11) and the second switching element (12) can be reduced, and the surge voltage associated with the switching operation can be suppressed.
Furthermore, according to said structure, while the 2nd switching element (12) is arrange | positioned with respect to the 1st switching element (11) at the object direction (A) side, arrangement | positioning of a 2nd switching element (12) The direction is such that the first terminal (31) is on the target direction (A) side with respect to the control terminal (34). Therefore, when the second switching element (12) is disposed on the side opposite to the target direction (A) with respect to the first switching element (11), the second switching element (12) Even if it is a case where it is arranged on the object direction (A) side with respect to (11), the arrangement direction of the second switching element (12) is the object of the first terminal (31) with respect to the control terminal (34). The control terminal (34) of the first switching element (11) and the control terminal (34) of the second switching element (12) are arranged closer to each other than when the direction is opposite to the direction (A). can do. Thereby, the length of the electrical connection path between the control circuit that outputs the control signal of the first switching element (11) and the second switching element (12) and the two control terminals (34) is kept short. For example, the noise tolerance of the control signal can be improved.
1:スイッチング素子ユニット
2:冷却ユニット
10:スイッチング素子
11:第一スイッチング素子
12:第二スイッチング素子
21:第一面
22:第二面
30:主端子
31:第一端子
32:第二端子
34:制御端子
40:絶縁基板
41:素子配置面
42:冷却面
43:表層
51:第一電極パターン
52:第二電極パターン
54:制御電極パターン
A:対象方向
B:直流電源(直流電圧の供給源)
1: switching element unit 2: cooling unit 10: switching element 11: first switching element 12: second switching element 21: first surface 22: second surface 30: main terminal 31: first terminal 32: second terminal 34 : Control terminal 40: Insulating substrate 41: Element arrangement surface 42: Cooling surface 43: Surface layer 51: First electrode pattern 52: Second electrode pattern 54: Control electrode pattern A: Target direction B: DC power supply (DC voltage supply source )
Claims (3)
前記スイッチング素子は、直流電圧の供給源に電気的に接続される一対の主端子と、当該スイッチング素子の制御用の制御端子とを備え、
前記一対の主端子の一方である第一端子と前記制御端子とが、前記スイッチング素子の外面における第一面に設けられ、前記一対の主端子の他方である第二端子が、前記スイッチング素子の外面における前記第一面とは反対側を向く第二面に設けられ、
前記スイッチング素子として、前記第一面が前記素子配置面に対向するように配置される第一スイッチング素子が設けられ、
前記絶縁基板は、第一電極パターンと、制御電極パターンとを備え、
前記第一電極パターンは、前記素子配置面に表出するように設けられて前記素子配置面で前記第一スイッチング素子の前記第一端子に電気的に接続され、
前記制御電極パターンは、前記素子配置面に表出するように設けられて前記素子配置面で前記第一スイッチング素子の前記制御端子に電気的に接続され、
前記素子配置面に沿って前記第一電極パターンから前記制御電極パターンに向かう方向を対象方向として、前記第一電極パターンが、前記素子配置面から前記冷却面側へ向かうに従って前記対象方向側に広がるように形成されているスイッチング素子ユニット。 An insulating substrate formed of an electrically insulating material; and a switching element disposed on an element arrangement surface of the insulating substrate. A surface of the insulating substrate opposite to the element arrangement surface is cooled. A switching element unit which is a cooling surface cooled by the unit,
The switching element includes a pair of main terminals electrically connected to a DC voltage supply source, and a control terminal for controlling the switching element,
The first terminal which is one of the pair of main terminals and the control terminal are provided on the first surface of the outer surface of the switching element, and the second terminal which is the other of the pair of main terminals is the switching element. Provided on the second surface of the outer surface facing away from the first surface;
As the switching element, provided is a first switching element disposed so that the first surface faces the element arrangement surface,
The insulating substrate includes a first electrode pattern and a control electrode pattern,
The first electrode pattern is provided so as to be exposed on the element arrangement surface and electrically connected to the first terminal of the first switching element on the element arrangement surface,
The control electrode pattern is provided so as to be exposed on the element arrangement surface, and is electrically connected to the control terminal of the first switching element on the element arrangement surface,
The direction from the first electrode pattern toward the control electrode pattern along the element arrangement surface is a target direction, and the first electrode pattern spreads toward the target direction side from the element arrangement surface toward the cooling surface. A switching element unit formed as described above.
前記第一電極パターンは、前記表層において前記制御電極パターンに対して絶縁距離以上離れて配置されていると共に、前記冷却面側へ向かうに従って断面積が連続的又は段階的に大きくなるように、前記表層から前記冷却面まで連続して形成されている請求項1に記載のスイッチング素子ユニット。 The control electrode pattern is formed only on the surface layer on the element arrangement surface side of the insulating substrate,
The first electrode pattern is disposed at an insulating distance or more away from the control electrode pattern on the surface layer, and the cross-sectional area increases continuously or stepwise toward the cooling surface side. The switching element unit according to claim 1, wherein the switching element unit is continuously formed from a surface layer to the cooling surface.
前記第二スイッチング素子は、前記第一スイッチング素子に対して前記対象方向側に配置され、
前記第二スイッチング素子の配置方向は、当該第二スイッチング素子の前記第一端子が当該第二スイッチング素子の前記制御端子に対して前記対象方向側となる向きであり、
前記絶縁基板は、前記素子配置面に表出するように設けられて前記素子配置面で前記第二スイッチング素子の前記第二端子に電気的に接続される第二電極パターンを更に備え、
前記第一電極パターンと前記第二電極パターンとが、前記制御電極パターンに対して前記冷却面側において一体的に接続されている請求項1又は2に記載のスイッチング素子ユニット。 As the switching element, there is further provided a second switching element arranged so that the second surface faces the element arrangement surface,
The second switching element is disposed on the target direction side with respect to the first switching element,
The arrangement direction of the second switching element is an orientation in which the first terminal of the second switching element is on the target direction side with respect to the control terminal of the second switching element,
The insulating substrate further includes a second electrode pattern provided to be exposed on the element arrangement surface and electrically connected to the second terminal of the second switching element on the element arrangement surface,
The switching element unit according to claim 1, wherein the first electrode pattern and the second electrode pattern are integrally connected to the control electrode pattern on the cooling surface side.
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