JP2019115248A - スイッチング電源装置 - Google Patents

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Abstract

【課題】スイッチング素子における熱の集中を緩和する。【解決手段】複数のハイサイドトランジスタ(110)は、並列に接続されてハイサイドスイッチング素子(11u,11v,11w)を構成する。複数のローサイドトランジスタ(120)は、並列に接続されてローサイドスイッチング素子(12u,12v,12w)を構成する。複数のハイサイドトランジスタ(110)および複数のローサイドトランジスタ(120)は、ハイサイドトランジスタ(110)とローサイドトランジスタ(120)とが一対一で隣り合うように配置されている。【選択図】図2

Description

この開示は、スイッチング電源装置に関する。
従来、スイッチング電源装置が知られている。例えば、特許文献1には、金属基板の一方面部にセラミック系基板を介して半導体チップ(インバータを構成するスイッチング素子およびダイオードからなる半導体チップ)が実装された基板実装インバータ装置が開示されている。この装置では、三相インバータの上アームを構成するスイッチング素子(ハイサイドスイッチング素子)のコレクタが上アーム側配線パターンに実装され、三相インバータの下アームを構成するスイッチング素子(ローサイドスイッチング素子)のエミッタが下アーム側配線パターンに実装されている。また、ハイサイドスイッチング素子のエミッタとローサイドスイッチング素子のコレクタとが上下アーム接続用ビームリード電極により電気的に接続されている。
特開2001−286156号公報
ところで、特許文献1に開示されているようなスイッチング電源装置において、ハイサイドスイッチング素子とローサイドスイッチング素子の各々を複数のトランジスタによって構成することが考えられる。しかしながら、単にハイサイドスイッチング素子を構成する複数のトランジスタ(ハイサイドトランジスタ)を纏めて配置するとともにローサイドスイッチング素子を構成する複数のトランジスタ(ローサイドトランジスタ)を纏めて配置すると、ハイサイドスイッチング素子またはローサイドスイッチング素子に熱が集中してしまう可能性がある。例えば、ハイサイドスイッチング素子がオン状態でありローサイドスイッチング素子がオフ状態である期間では、複数のハイサイドトランジスタが発熱して複数のハイサイドトランジスタの集合(すなわちハイサイドスイッチング素子)に熱が集中することになり、ハイサイドスイッチング素子がオフ状態でありローサイドスイッチング素子がオン状態である期間では、複数のローサイドトランジスタが発熱して複数のローサイドトランジスタの集合(すなわちローサイドスイッチング素子)に熱が集中することになる。
この開示の一態様におけるスイッチング電源装置は、直列に接続されたハイサイドスイッチング素子およびローサイドスイッチング素子を有するスイッチング電源装置であって、絶縁層と、前記絶縁層の一方面に設けられた導電層とを有する基板と、前記導電層に設けられ、並列に接続されて前記ハイサイドスイッチング素子を構成する複数のハイサイドトランジスタと、前記導電層に設けられ、並列に接続されて前記ローサイドスイッチング素子を構成する複数のローサイドトランジスタとを備え、前記複数のハイサイドトランジスタおよび前記複数のローサイドトランジスタは、前記ハイサイドトランジスタと前記ローサイドトランジスタとが一対一で隣り合うように配置されている。
また、この開示の別の一態様におけるスイッチング電源装置は、直列に接続されたハイサイドスイッチング素子およびローサイドスイッチング素子を有するスイッチング電源装置であって、絶縁層と、前記絶縁層の一方面に設けられた導電層とを有する基板と、前記導電層に設けられ、並列に接続されて前記ハイサイドスイッチング素子を構成するハイサイドトランジスタと、前記導電層に設けられ、並列に接続されて前記ローサイドスイッチング素子を構成するローサイドトランジスタと、前記導電層に設けられた平滑容量部とを備え、前記平滑容量部は、前記導電層に設けられて前記ハイサイドトランジスタおよび前記ローサイドトランジスタにそれぞれ対応する複数のキャパシタを有し、前記ハイサイドトランジスタと前記ローサイドトランジスタと前記複数のキャパシタは、前記ハイサイドトランジスタと前記ハイサイドトランジスタに対応するキャパシタとの組と前記ローサイドトランジスタと前記ローサイドトランジスタに対応するキャパシタとの組とが互いに隣り合うように配置されている。
この開示によれば、ハイサイドスイッチング素子およびローサイドスイッチング素子における熱の集中を緩和することができる。
実施形態1のスイッチング電源装置の構成を例示する回路図である。 実施形態1のスイッチング電源装置の構成を例示する平面図である。 実施形態1のスイッチング電源装置の構成を例示する断面図である。 実施形態1のスイッチング電源装置の構成を例示する断面図である。 接続部材の接続構造の変形例1を例示する断面図である。 接続部材の接続構造の変形例2を例示する断面図である。 接続部材の接続構造の変形例3を例示する断面図である。 接続部材の接続構造の変形例3を例示する分解斜視図である。 接続部材の接続構造の変形例4を例示する断面図である。 実施形態2のスイッチング電源装置の構成を例示する平面図である。 実施形態3のスイッチング電源装置の構成を例示する平面図である。 実施形態3の変形例1のスイッチング電源装置の構成を例示する平面図である。 実施形態3の変形例2のスイッチング電源装置の構成を例示する平面図である。 実施形態3の変形例3のスイッチング電源装置の構成を例示する平面図である。
以下、実施の形態を図面を参照して詳しく説明する。なお、図中同一または相当部分には同一の符号を付しその説明は繰り返さない。
(実施形態1)
図1は、実施形態によるスイッチング電源装置10の構成を例示している。スイッチング電源装置10は、電源(この例では直流電源P)から供給された電力をスイッチング動作により出力電力に変換して出力電力を駆動対象(この例ではモータM)に供給するように構成されている。この例では、モータMは、三相交流モータを構成し、スイッチング電源装置10は、直流電力を三相交流電力に変換するインバータを構成している。
スイッチング電源装置10は、電源配線LPと、接地配線LGと、1つまたは複数の出力線LOと、1つまたは複数のスイッチング部SWと、平滑容量部13とを備えている。平滑容量部13は、電源配線LPと接地配線LGとの間に接続されている。スイッチング部SWは、電源配線LPと接地配線LGとの間に直列に接続されたハイサイドスイッチング素子11およびローサイドスイッチング素子12を有している。スイッチング部SWの中間点(すなわちハイサイドスイッチング素子11とローサイドスイッチング素子12との接続点)は、出力線LOを経由して駆動対象(この例ではモータM)に接続されている。なお、図中のハイサイドスイッチング素子11およびローサイドスイッチング素子12にそれぞれ並列に接続された還流ダイオードは、ハイサイドスイッチング素子11およびローサイドスイッチング素子12に寄生する寄生ダイオードにそれぞれ該当する。
この例では、スイッチング電源装置10には、3つの出力線(第1,第2,第3出力線LOu,LOv,LOw)と、3つのスイッチング部(第1,第2,第3スイッチング部SWu,SWv,SWw)とが設けられ、直流電源Pの一端(正極)が電源配線LPに接続され、直流電源Pの他端(負極)が接地配線LGに接続されている。
第1スイッチング部SWuは、第1ハイサイドスイッチング素子11uと第1ローサイドスイッチング素子12uとを有し、第1ハイサイドスイッチング素子11uと第1ローサイドスイッチング素子12uとの接続点が第1出力線LOuを経由してモータMのU相の巻線(図示を省略)に接続されている。
第2スイッチング部SWvは、第2ハイサイドスイッチング素子11vと第2ローサイドスイッチング素子12vとを有し、第2ハイサイドスイッチング素子11vと第2ローサイドスイッチング素子12vとの接続点が第2出力線LOvを経由してモータMのV相の巻線(図示を省略)に接続されている。
第3スイッチング部SWwは、第3ハイサイドスイッチング素子11wと第3ローサイドスイッチング素子12wとを有し、第3ハイサイドスイッチング素子11wと第3ローサイドスイッチング素子12wとの接続点が第3出力線LOwを経由してモータMのW相の巻線(図示を省略)に接続されている。
〔スイッチング電源装置の構造〕
次に、図2,図3,図4を参照して、実施形態1によるスイッチング電源装置10の構造について説明する。なお、図2は、スイッチング電源装置10の平面構造を例示する概略平面図である。図3および図4は、スイッチング電源装置10の断面構造の一部を例示する概略断面図であり、図2のIII−III線における断面図およびIV−IV線における断面図にそれぞれ対応する。スイッチング電源装置10は、基板20を備えている。
〈基板〉
基板20は、絶縁層21と導電層22と放熱層23とを有している。この例では、基板20は、矩形の板状に形成されている。なお、図2の例では、基板20の長手方向は、第1方向X(図2では左右方向)となっており、基板20の短手方向は、第2方向Y(図2では上下方向)となっている。
絶縁層21は、絶縁材料(例えばエポキシ樹脂シートなど)により構成され、板状に形成されている。導電層22は、導電材料(例えば銅など)により構成され、絶縁層21の一方面に設けられて箔状に形成されている。放熱層23は、伝熱材料(例えばアルミニウムなど)により構成され、絶縁層21の他方面に設けられている。
この例では、絶縁層21の厚みは、導電層22および放熱層23の各々の厚みよりも薄くなっている。放熱層23の厚みは、導電層22の厚みよりも厚くなっている。例えば、絶縁層21の厚みは、100μm程度に設定され、導電層22の厚みは、200μm程度に設定され、放熱層23の厚みは1〜3mm程度に設定されていてもよい。そして、絶縁層21の熱伝導率は、導電層22および放熱層23の各々の熱伝導率よりも低くなっている。導電層22の熱伝導率は、放熱層23の熱伝導率よりも高くなっている。
〈放熱部材〉
また、この例では、放熱層23は、放熱部材24に接続されて固定されている。放熱部材24は、例えば、基板20を収納する筐体(図示を省略)の一部であり、空冷(空気による冷却)や液冷(冷却水や冷却油などの液体による冷却)により冷却されるように構成されている。
〈固定ネジ〉
また、基板20は、複数(この例では6つ)の固定ネジ25によって放熱部材24にネジ止めされて固定されている。固定ネジ25は、基板20を貫通して放熱部材24に締結される。具体的には、基板20には固定ネジ25を挿通させる挿通孔(図示を省略)が設けられ、放熱部材24には固定ネジ25に締結されるネジ穴(図示を省略)が設けられており、固定ネジ25が基板20の挿通孔に挿通されて放熱部材24のネジ穴に締結されている。なお、固定ネジ25の胴部と基板20の挿通孔との間には隙間が形成され、固定ネジ25の頭部と基板20の導電層22との間には絶縁紙などの絶縁部材(図示を省略)が設けられている。このような構成により、基板20の導電層22と放熱層23と放熱部材24との絶縁性を確保することができる。
〈配線パターン〉
導電層22には、配線パターンが形成されている。具体的には、導電層22には、出力パターン30と電源パターン40と接地パターン50とが形成されている。出力パターン30と電源パターン40と接地パターン50は、互いに短絡しないように所定の間隔をおいて形成されている。
〈出力パターン〉
出力パターン30は、スイッチング部SWのハイサイドスイッチング素子11とローサイドスイッチング素子12とを直列に接続するために設けられている。すなわち、出力パターン30は、図1に示したスイッチング部SWの中間部(ハイサイドスイッチング素子11とローサイドスイッチング素子12との接続部)を構成する部分である。
この例では、出力パターン30は、第1〜第3スイッチング部SWu〜SWwにそれぞれ対応する第1〜第3出力領域301〜303を有している。以下では、第1〜第3出力領域301〜303の総称を「出力領域300」と記載する。出力領域300は、第1方向Xに延伸するように形成されている。具体的には、第1〜第3出力領域301〜303は、次のように構成されている。
第1〜第3出力領域301〜303は、第1方向Xに延伸するように形成され、第1方向Xと直交する第2方向Yに間隔をおいて配置されている。なお、この例では、第1方向Xは、基板20の長手方向に沿う方向に相当し、第2方向Yは、基板20の短手方向に沿う方向に相当する。そして、第1出力領域301は、基板20の短手方向の一端部(図2では下端部)に配置され、第2出力領域302は、基板20の短手方向の中央部に配置され、第3出力領域303は、基板20の短手方向の他端部(図2では上端部)に配置されている。
〈電源パターン〉
電源パターン40は、電源(この例では直流電源P)とスイッチング部SWのハイサイドスイッチング素子11とを接続するために設けられている。すなわち、電源パターン40は、図1に示した電源配線LPの一部を構成する部分である。
《電源領域》
この例では、電源パターン40は、6つの配線領域(第1〜第6電源領域401〜406)を有している。以下では、第1〜第6電源領域401〜406の総称を「電源領域400」と記載する。
複数の電源領域400は、出力領域300の延伸方向に沿うように間隔をおいて配列され、出力領域300の延伸方向と直交する方向において出力領域300と所定の隙間を隔てて対向している。具体的には、第1〜第6電源領域401〜406は、次のように構成されている。
第1および第2電源領域401,402は、第1出力領域301と第2出力領域302との間に配置され、第1出力領域301の延伸方向(第1方向X)に沿うように間隔をおいて配列されている。この例では、第1出力領域301の延伸方向の一端側から他端側(図2では左側から右側)へ向けて第1電源領域401と第2電源領域402とが順に並んでいる。また、第1および第2電源領域401,402は、第1出力領域301の延伸方向と直交する方向(第2方向Y)において第1出力領域301と所定の隙間を隔てて対向している。
第3および第4電源領域403,404は、第2出力領域302と第3出力領域303との間に配置され、第2出力領域302の延伸方向(第1方向X)に沿うように間隔をおいて配列されている。この例では、第2出力領域302の延伸方向の一端側から他端側(図2では左側から右側)へ向けて第3電源領域403と第4電源領域404とが順に並んでいる。また、第3および第4電源領域403,404は、第2出力領域302の延伸方向と直交する方向(第2方向Y)において第2出力領域302と所定の隙間を隔てて対向している。
第5および第6電源領域405,406は、第2出力領域302と第3出力領域303との間に配置され、第3出力領域303の延伸方向(第1方向X)に沿うように間隔をおいて配列されている。この例では、第3出力領域303の延伸方向の一端側から他端側(図2では左側から右側)へ向けて第5電源領域405と第6電源領域406とが順に並んでいる。また、第5および第6電源領域405,406は、第3出力領域303の延伸方向と直交する方向(第2方向Y)において第3出力領域303と所定の隙間を隔てて対向している。
《電源連絡領域》
また、この例では、電源パターン40は、電源連絡領域410を有している。電源連絡領域410は、直流電源Pの一端(正極)に電気的に接続されている。この例では、電源連絡領域410は、基板20の長手方向の縁部(図2では右縁部)に配置されている。なお、この例では、第1〜第6電源領域401〜406は、後述する接続部材200(第1〜第3電源接続部材41〜43)により電源連絡領域410と電気的に接続されている。
《電源余剰領域》
また、この例では、電源パターン40は、電源余剰領域421を有している。電源余剰領域421は、基板20の短手方向の縁部(図2では上縁部)に沿うように形成され、電源連絡領域410に接続されている。
〈接地パターン〉
接地パターン50は、電源(この例では直流電源P)とスイッチング部SWのローサイドスイッチング素子12とを接続するために設けられている。すなわち、接地パターン50は、図1に示した接地配線LGの一部を構成する部分である。
《接地領域》
この例では、接地パターン50は、9つの配線領域(第1〜第9接地領域501〜509)を有している。以下では、第1〜第9接地領域501〜509の総称を「接地領域500」と記載する。
複数の接地領域500は、複数の電源領域400と同様に、出力領域300の延伸方向に沿うように間隔をおいて配列され、出力領域300の延伸方向と直交する方向において出力領域300と所定の隙間を隔てて対向している。具体的には、第1〜第9接地領域501〜509は、次のように構成されている。
第1〜第3接地領域501〜503は、第1出力領域301と第2出力領域302との間に配置され、第1出力領域301の延伸方向(第1方向X)に沿うように間隔をおいて配列されている。この例では、第1出力領域301の延伸方向の一端側から他端側(図2では左側から右側)へ向けて第1接地領域501と第2接地領域502と第3接地領域503とが順に並んでいる。また、第1〜第3接地領域501〜503は、第1出力領域301の延伸方向と直交する方向(第2方向Y)において第1出力領域301と所定の隙間を隔てて対向している。
第4〜第6接地領域504〜506は、第2出力領域302と第3出力領域303との間に配置され、第2出力領域302の延伸方向(第1方向X)に沿うように間隔をおいて配列されている。この例では、第2出力領域302の延伸方向の一端側から他端側(図2では左側から右側)へ向けて第4接地領域504と第5接地領域505と第6接地領域506とが順に並んでいる。また、第4〜第6接地領域504〜506は、第2出力領域302の延伸方向と直交する方向(第2方向Y)において第2出力領域302と所定の隙間を隔てて対向している。
第7〜第9接地領域507〜509は、第2出力領域302と第3出力領域303との間に配置され、第3出力領域303の延伸方向(第1方向X)に沿うように間隔をおいて配列されている。この例では、第3出力領域303の延伸方向の一端側から他端側(図2では左側から右側)へ向けて第7接地領域507と第8接地領域508と第9接地領域509とが順に並んでいる。また、第7〜第9接地領域507〜509は、第3出力領域303の延伸方向と直交する方向(第2方向Y)において第3出力領域303と所定の隙間を隔てて対向している。
《接地連絡領域》
また、この例では、接地パターン50は、接地連絡領域510を有している。接地連絡領域510は、直流電源Pの他端(負極)に電気的に接続されている。この例では、接地連絡領域510は、基板20の長手方向の縁部(図2では右縁部)に配置され、基板20の短手方向において電源連絡領域410と所定の隙間を隔てて並んでいる。
《接地接続領域》
また、この例では、接地パターン50は、第1〜第3接地接続領域511〜513を有している。
第1接地接続領域511は、第1方向Xに延伸するように形成され、第1出力領域301と第2出力領域302との間に配置されている。第1および第2電源領域401,402と第1〜第3接地領域501〜503は、第1出力領域301と第1接地接続領域511との間に配置されている。そして、第1および第2電源領域401,402は、第1接地接続領域511の延伸方向と直交する方向(第2方向Y)において第1接地接続領域511と所定の隙間を隔てて対向し、第1〜第3接地領域501〜503は、第1接地接続領域511に接続されている。
第2接地接続領域512は、第1方向Xに延伸するように形成され、第2出力領域302と第2出力領域303との間に配置されている。第3および第4電源領域403,404と第4〜第6接地領域504〜506は、第2出力領域302と第2接地接続領域512との間に配置されている。そして、第3および第4電源領域403,404は、第2接地接続領域512の延伸方向と直交する方向(第2方向Y)において第2接地接続領域512と所定の隙間を隔てて対向し、第4〜第6接地領域504〜506は、第2接地接続領域512に接続されている。また、第5および第6電源領域405,406と第7〜第9接地領域507〜509は、第2接地接続領域512と第3出力領域303との間に配置されている。そして、第5および第6電源領域405,406は、第2接地接続領域512の延伸方向と直交する方向(第2方向Y)において第2接地接続領域512と所定の隙間を隔てて対向し、第7〜第9接地領域507〜509は、第2接地接続領域512に接続されている。
第3接地接続領域513は、第2方向Yに延伸するように形成され、第2出力領域302と電源連絡領域410との間に配置されている。そして、第3接地接続領域513は、接地連絡領域510と第1および第2接続領域511,512とを接続している。
《接地余剰領域》
また、この例では、接地パターン50は、接地余剰領域521を有している。接地余剰領域521は、基板20の短手方向の縁部(図2では下縁部)に沿うように形成され、接地連絡領域510に接続されている。
〈電源領域と接地領域の配置〉
また、複数の電源領域400および複数の接地領域500は、出力領域300の延伸方向に沿う方向において電源領域400と接地領域500とが交互に並ぶように配列されている。また、複数の電源領域400および複数の接地領域500は、隣り合う電源領域400と接地領域500とが所定の隙間を隔てて対向するように配列されている。
具体的には、第1出力領域301と第2出力領域302との間(図2の例では第1出力領域301と第1接地接続領域511との間)において、第1出力領域301の延伸方向に沿う第1方向Xの一端側から他端側(図2では左側から右側)へ向けて、第1接地領域501と第1電源領域401と第2接地領域502と第2電源領域402と第3接地領域503とが順に並んでいる。そして、第1電源領域401は、第1および第2接地領域501,502の各々と所定の隙間を隔てて対向し、第2電源領域402は、第2および第3接地領域502,503の各々と所定の隙間を隔てて対向している。
また、第2出力領域302と第3出力領域303との間(図2の例では第2出力領域302と第2接地接続領域512との間)において、第2出力領域302の延伸方向に沿う第1方向Xの一端側から他端側(図2では左側から右側)へ向けて、第4接地領域504と第3電源領域403と第5接地領域505と第4電源領域404と第6接地領域506とが順に並んでいる。そして、第3電源領域403は、第4および第5接地領域504,505の各々と所定の隙間を隔てて対向し、第4電源領域404は、第5および第6接地領域505,506の各々と所定の隙間を隔てて対向している。
また、第2出力領域302と第3出力領域303との間(図2の例では第2接地接続領域512と第3出力領域303との間)において、第3出力領域303の延伸方向に沿う第1方向Xの一端側から他端側(図2では左側から右側)へ向けて、第7接地領域507と第5電源領域405と第8接地領域508と第6電源領域406と第9接地領域509とが順に並んでいる。そして、第5電源領域405は、第7および第8接地領域507,508の各々と所定の隙間を隔てて対向し、第6電源領域406は、第8および第9接地領域508,509の各々と所定の隙間を隔てて対向している。
〈ハイサイドスイッチング素子とハイサイドトランジスタ〉
また、このスイッチング電源装置10では、基板20の導電層22にハイサイドスイッチング素子11が設けられている。ハイサイドスイッチング素子11は、複数のハイサイドトランジスタ110によって構成されている。具体的には、複数のハイサイドトランジスタ110が並列に接続されてハイサイドスイッチング素子11が構成されている。すなわち、このスイッチング電源装置10は、ハイサイドスイッチング素子11を構成する複数のハイサイドトランジスタ110を備えている。
ハイサイドトランジスタ110は、電源パターン40と出力パターン30とに接続されている。この例では、ハイサイドトランジスタ110は、電源パターン40に面実装されて出力パターン30に接続されている。具体的には、ハイサイドトランジスタ110は、電源パターン40に載置されている。そして、ハイサイドトランジスタ110の一端(ドレイン)は、平板状に形成されてハイサイドトランジスタ110の本体底部に配置されており、半田により電源パターン40の表面に接合されている。また、ハイサイドトランジスタ110の他端(ソース)は、ハイサイドトランジスタ110の本体側部から出力パターン30に延出しており、半田により出力パターン30の表面に接合されている。なお、ハイサイドトランジスタ110のゲートは、ゲート配線(図示を省略)に電気的に接続されている。例えば、ハイサイドトランジスタ110は、面実装型の電界効果トランジスタ(FET)により構成されている。
具体的には、この例では、基板20の導電層22に第1〜第3ハイサイドスイッチング素子11u〜11wが設けられ、第1〜第3ハイサイドスイッチング素子11u〜11wの各々が4つのハイサイドトランジスタ110によって構成されている。
第1ハイサイドスイッチング素子11uを構成する4つのハイサイドトランジスタ110は、第1出力領域301の延伸方向に沿う第1方向Xに間隔をおいて配置され、これらの4つのハイサイドトランジスタ110のうち2つのハイサイドトランジスタ110は、第1電源領域401に面実装されて第1出力領域301に接続され、残りの2つのハイサイドトランジスタ110は、第2電源領域402に面実装されて第1出力領域301に接続されている。
第2ハイサイドスイッチング素子11vを構成する4つのハイサイドトランジスタ110は、第2出力領域302の延伸方向に沿う第1方向Xに間隔をおいて配置され、これらの4つのハイサイドトランジスタ110のうち2つのハイサイドトランジスタ110は、第3電源領域403に面実装されて第2出力領域302に接続され、残りの2つのハイサイドトランジスタ110は、第4電源領域404に面実装されて第2出力領域302に接続されている。
第3ハイサイドスイッチング素子11wを構成する4つのハイサイドトランジスタ110は、第3出力領域303の延伸方向に沿う第1方向Xに間隔をおいて配置され、これらの4つのハイサイドトランジスタ110のうち2つのハイサイドトランジスタ110は、第5電源領域405に面実装されて第3出力領域303に接続され、残りの2つのハイサイドトランジスタ110は、第6電源領域406に面実装されて第3出力領域303に接続されている。
〈ローサイドスイッチング素子とローサイドトランジスタ〉
また、このスイッチング電源装置10では、基板20の導電層22にローサイドスイッチング素子12が設けられている。ローサイドスイッチング素子12は、複数のローサイドトランジスタ120によって構成されている。具体的には、複数のローサイドトランジスタ120が並列に接続されてローサイドスイッチング素子12が構成されている。すなわち、このスイッチング電源装置10は、ローサイドスイッチング素子12を構成する複数のローサイドトランジスタ120を備えている。
ローサイドトランジスタ120は、接地パターン50と出力パターン30とに接続されている。この例では、ローサイドトランジスタ120は、出力パターン30に面実装されて接地パターン50に接続されている。具体的には、ローサイドトランジスタ120は、出力パターン30に載置されている。そして、ローサイドトランジスタ120の一端(ドレイン)は、平板状に形成されてローサイドトランジスタ120の本体底部に配置されており、半田により出力パターン30の表面に接合されている。また、ローサイドトランジスタ120の他端(ソース)は、ローサイドトランジスタ120の本体側部から接地パターン50に延出しており、半田により接地パターン50の表面に接合されている。なお、ローサイドトランジスタ120のゲートは、ゲート配線(図示を省略)に電気的に接続されている。例えば、ローサイドトランジスタ120は、面実装型の電界効果トランジスタ(FET)により構成されている。
具体的には、この例では、基板20の導電層22に第1〜第3ローサイドスイッチング素子12u〜12wが設けられ、第1〜第3ローサイドスイッチング素子12u〜12wの各々が4つのローサイドトランジスタ120によって構成されている。
第1ローサイドスイッチング素子12uを構成する4つのローサイドトランジスタ120は、第1出力領域301の延伸方向に沿う第1方向Xに間隔をおいて配置され、これらの4つのローサイドトランジスタ120のうち1つのローサイドトランジスタ120は、第1出力領域301に面実装されて第1接地領域501に接続され、2つのローサイドトランジスタ120は、第1出力領域301に面実装されて第2接地領域502に接続され、残りの1つのローサイドトランジスタ120は、第1出力領域301に面実装されて第3接地領域503に接続されている。
第2ローサイドスイッチング素子12vを構成する4つのローサイドトランジスタ120は、第2出力領域302の延伸方向に沿う第1方向Xに間隔をおいて配置され、これらの4つのローサイドトランジスタ120のうち1つのローサイドトランジスタ120は、第2出力領域302に面実装されて第4接地領域504に接続され、2つのローサイドトランジスタ120は、第2出力領域302に面実装されて第5接地領域505に接続され、残りの1つのローサイドトランジスタ120は、第2出力領域302に面実装されて第6接地領域506に接続されている。
第3ローサイドスイッチング素子12wを構成する4つのローサイドトランジスタ120は、第3出力領域303の延伸方向に沿う第1方向Xに間隔をおいて配置され、これらの4つのローサイドトランジスタ120のうち1つのローサイドトランジスタ120は、第3出力領域303に面実装されて第7接地領域507に接続され、2つのローサイドトランジスタ120は、第3出力領域303に面実装されて第8接地領域508に接続され、残りの1つのローサイドトランジスタ120は、第3出力領域303に面実装されて第9接地領域509に接続されている。
〈ハイサイドトランジスタとローサイドトランジスタの配置〉
また、このスイッチング電源装置10では、1つのハイサイドスイッチング素子11を構成する複数のハイサイドトランジスタ110および1つのローサイドスイッチング素子12を構成する複数のローサイドトランジスタ120は、出力領域300の延伸方向に沿う第1方向Xにおいてハイサイドトランジスタ110とローサイドトランジスタ120とが一対一で隣り合うように第1方向Xに配置されている。また、ローサイドトランジスタ120の端子(本体側部から接地領域500へ向けて延出する端子)の向く方向は、ハイサイドトランジスタ110の端子(本体側部から出力領域300へ向けて延出する端子)の向く方向と逆方向になっている。
具体的には、第1ハイサイドスイッチング素子11uを構成する4つのハイサイドトランジスタ110および第1ローサイドスイッチング素子12uを構成する4つのローサイドトランジスタ120は、第1出力領域301の延伸方向に沿う第1方向Xの一端側から他端側(図2では左側から右側)へ向けて、1つのローサイドトランジスタ120と2つのハイサイドトランジスタ110と2つのローサイドトランジスタ120と2つのハイサイドトランジスタ110と1つのローサイドトランジスタ120とが順に並ぶように、第1方向Xに配列されている。
また、第2ハイサイドスイッチング素子11vを構成する4つのハイサイドトランジスタ110および第2ローサイドスイッチング素子12vを構成する4つのローサイドトランジスタ120は、第2出力領域302の延伸方向に沿う第1方向Xの一端側から他端側(図2では左側から右側)へ向けて、1つのローサイドトランジスタ120と2つのハイサイドトランジスタ110と2つのローサイドトランジスタ120と2つのハイサイドトランジスタ110と1つのローサイドトランジスタ120とが順に並ぶように、第1方向Xに配列されている。
また、第3ハイサイドスイッチング素子11wを構成する4つのハイサイドトランジスタ110および第3ローサイドスイッチング素子12wを構成する4つのローサイドトランジスタ120は、第3出力領域303の延伸方向に沿う第1方向Xの一端側から他端側(図2では左側から右側)へ向けて、1つのローサイドトランジスタ120と2つのハイサイドトランジスタ110と2つのローサイドトランジスタ120と2つのハイサイドトランジスタ110と1つのローサイドトランジスタ120とが順に並ぶように、第1方向Xに配列されている。
〈平滑容量部とキャパシタ〉
また、このスイッチング電源装置10では、基板20の導電層22に平滑容量部13が設けられている。平滑容量部13は、複数のキャパシタ130によって構成されている。すなわち、このスイッチング電源装置10は、平滑容量部13を構成する複数のキャパシタ130を備えている。
複数のキャパシタ130は、電源パターン40と接地パターン50に接続されている。この例では、キャパシタ130は、電源パターン40と接地パターン50とに面実装されている。具体的には、キャパシタ130は、電源パターン40と接地パターン50に跨がるように載置され、その一端(正極)が半田により電源パターン40の表面に接合され、その他端(負極)が半田により接地パターン50の表面に接合されている。例えば、キャパシタ130は、電解コンデンサ,フィルムコンデンサ,セラミックコンデンサなどにより構成されている。
また、複数のキャパシタ130は、複数のハイサイドトランジスタ110および複数のローサイドトランジスタ120にそれぞれ対応している。そして、複数のキャパシタ130の各々は、複数のハイサイドトランジスタ110および複数のローサイドトランジスタ120のうちそのキャパシタ130に対応するトランジスタと隣り合うように配置されている。この例では、複数のキャパシタ130は、複数のハイサイドトランジスタ110および複数のローサイドトランジスタ120の配列方向(出力領域300の延伸方向)に沿う第1方向Xに間隔をおいて配置されている。また、複数のキャパシタ130の各々は、複数のハイサイドトランジスタ110および複数のローサイドトランジスタ120の配列方向(出力領域300の延伸方向)に沿う第1方向Xと直交する第2方向Yにおいてハイサイドトランジスタ110および複数のローサイドトランジスタ120のうちそのキャパシタ130に対応するトランジスタと隣り合うように配置されている。別の言い方をすれば、複数のハイサイドトランジスタ110と複数のローサイドトランジスタ120と複数のキャパシタ130は、ハイサイドトランジスタ110とそのハイサイドトランジスタ110に対応するキャパシタ130との組とローサイドトランジスタ120とそのローサイドトランジスタ120に対応するキャパシタ130との組とが互いに隣り合うように配置されている。
具体的には、この例では、基板20の導電層22に設けられた12個のハイサイドトランジスタ110および12個のローサイドトランジスタ120にそれぞれ対応する24個のキャパシタ130が設けられている。
第1ハイサイドスイッチング素子11uを構成する4つのハイサイドトランジスタ110にそれぞれ対応する4つのキャパシタ130は、これらの4つのハイサイドトランジスタ110の配列方向(第1出力領域301の延伸方向)に沿う第1方向Xに間隔をおいて配置されて4つのハイサイドトランジスタ110の近傍にそれぞれ設けられている。そして、これらの4つのキャパシタ130のうち2つのキャパシタ130は、第1電源領域401と第1接地接続領域511とに面実装され、残りの2つのキャパシタ130は、第2電源領域402と第1接地接続領域511とに面実装されている。
第2ハイサイドスイッチング素子11vを構成する4つのハイサイドトランジスタ110にそれぞれ対応する4つのキャパシタ130は、これらの4つのハイサイドトランジスタ110の配列方向(第2出力領域302の延伸方向)に沿う第1方向Xに間隔をおいて配置されて4つのハイサイドトランジスタ110の近傍にそれぞれ設けられている。そして、これらの4つのキャパシタ130のうち2つのキャパシタ130は、第3電源領域403と第2接地接続領域512とに面実装され、残りの2つのキャパシタ130は、第4電源領域404と第2接地接続領域512とに面実装されている。
第3ハイサイドスイッチング素子11wを構成する4つのハイサイドトランジスタ110にそれぞれ対応する4つのキャパシタ130は、これらの4つのハイサイドトランジスタ110の配列方向(第3出力領域303の延伸方向)に沿う第1方向Xに間隔をおいて配置されて4つのハイサイドトランジスタ110の近傍にそれぞれ設けられている。そして、これらの4つのキャパシタ130のうち2つのキャパシタ130は、第5電源領域405と第2接地接続領域512とに面実装され、残りの2つのキャパシタ130は、第6電源領域406と第2接地接続領域512とに面実装されている。
第1ローサイドスイッチング素子12uを構成する4つのローサイドトランジスタ120にそれぞれ対応する4つのキャパシタ130は、これらの4つのローサイドトランジスタ120の配列方向(第1出力領域301の延伸方向)に沿う第1方向Xに間隔をおいて配置されて4つのローサイドトランジスタ120の近傍にそれぞれ設けられている。そして、これらの4つのキャパシタ130のうち1つのキャパシタ130は、第1電源領域401と第1接地領域501とに面実装され、1つのキャパシタ130は、第1電源領域401と第2接地領域502とに面実装され、1つのキャパシタ130は、第2電源領域402と第2接地領域502とに面実装され、残りの1つのキャパシタ130は、第2電源領域402と第3接地領域503とに面実装されている。
第2ローサイドスイッチング素子12vを構成する4つのローサイドトランジスタ120にそれぞれ対応する4つのキャパシタ130は、これらの4つのローサイドトランジスタ120の配列方向(第2出力領域302の延伸方向)に沿う第1方向Xに間隔をおいて配置されて4つのローサイドトランジスタ120の近傍にそれぞれ設けられている。そして、これらの4つのキャパシタ130のうち1つのキャパシタ130は、第3電源領域403と第4接地領域504とに面実装され、1つのキャパシタ130は、第3電源領域403と第5接地領域505とに面実装され、1つのキャパシタ130は、第4電源領域404と第5接地領域505とに面実装され、残りの1つのキャパシタ130は、第4電源領域404と第5接地領域505とに面実装されている。
第3ローサイドスイッチング素子12wを構成する4つのローサイドトランジスタ120にそれぞれ対応する4つのキャパシタ130は、これらの4つのローサイドトランジスタ120の配列方向(第3出力領域303の延伸方向)に沿う第1方向Xに間隔をおいて配置されて4つのローサイドトランジスタ120の近傍にそれぞれ設けられている。そして、これらの4つのキャパシタ130のうち1つのキャパシタ130は、第5電源領域405と第7接地領域507とに面実装され、1つのキャパシタ130は、第5電源領域405と第8接地領域508とに面実装され、1つのキャパシタ130は、第6電源領域406と第8接地領域508とに面実装され、残りの1つのキャパシタ130は、第6電源領域406と第9接地領域509とに面実装されている。
〈接続部材〉
スイッチング電源装置10において、電源パターン40および接地パターン50のうち少なくとも一方のパターンは、接続部材200により電気的に接続される複数の配線領域(導電層22に形成される配線パターンの一部)を有している。この例では、電源パターン40は、第1〜第3電源接続部材41〜43(接続部材200)により電気的に接続される第1〜第6電源領域401〜406を有している。なお、図2では、第1〜第3電源接続部材41〜43(接続部材200)を二点鎖線で図示している。
第1電源接続部材41は、電源連絡領域410と第1電源領域401と第2電源領域402と第3電源領域403と第4電源領域404とを電気的に接続している。第2電源接続部材42は、第3電源領域403と第5電源領域405とを電気的に接続している。第3電源接続部材43は、第4電源領域404と第6電源領域406とを電気的に接続している。
また、この例では、接続部材200は、板状に形成された導体(いわゆるバスバー)により構成されている。具体的には、接続部材200は、板状に形成されて導電層22と間隔をおいて対向する本体部201と、本体部201から導電層22の複数の配線領域のいずれか1つへ向けて延伸する延出部202とを有している。例えば、第1電源接続部材41は、第2出力領域302と間隔をおいて対向する本体部201と、本体部201から電源パターン40の5つの配線領域(電源連絡領域410と第1電源領域401と第2電源領域402と第3電源領域403と第4電源領域404)へ向けてそれぞれ延出する5つの延出部202とを有している。
また、この例では、接続部材200は、導電層22の複数の配線領域に半田により接合されている。例えば、第1電源接続部材41の5つの延出部202は、電源パターン40の5つの配線領域(電源連絡領域410と第1電源領域401と第2電源領域402と第3電源領域403と第4電源領域404)に半田によりそれぞれ接合されている。
なお、この例では、接続部材200を構成する材料は、放熱層23を構成する材料と同種となっている。そして、この例では、接続部材200のうち複数の配線領域と半田により接合される部分には、半田による接合を可能とするためのめっき処理が施されている。例えば、第1電源接続部材41と放熱層23とがアルミニウムにより構成され、第1電源接続部材41のうち電源パターン40の5つの配線領域(電源連絡領域410と第1電源領域401と第2電源領域402と第3電源領域403と第4電源領域404)と半田により接合される5つの延出部202には、ニッケル(半田による接合を可能とするための材料)がめっきされている。
〔実施形態1による効果〕
以上のように、このスイッチング電源装置10では、ハイサイドトランジスタ110および複数のローサイドトランジスタ120は、ハイサイドトランジスタ110とローサイドトランジスタ120とが一対一で隣り合うように配置されている。このような構成により、一対一で隣り合うハイサイドトランジスタ110およびローサイドトランジスタ120のうち一方のトランジスタにおいて発生した熱を基板20を経由して他方のトランジスタに伝達させることができる。具体的には、ハイサイドスイッチング素子11がオン状態となりローサイドスイッチング素子12がオフ状態となる期間では、オン状態であるハイサイドトランジスタ110において発生した熱を基板20を経由してオフ状態であるローサイドトランジスタ120に伝達させることができる。一方、ハイサイドスイッチング素子11がオフ状態となりローサイドスイッチング素子12がオン状態となる期間では、オン状態であるローサイドトランジスタ120において発生した熱を基板20を経由してオフ状態であるハイサイドトランジスタ110に伝達させることができる。これにより、ハイサイドスイッチング素子11およびローサイドスイッチング素子12における熱の集中を緩和することができる。
また、基板20の導電層22にハイサイドトランジスタ110およびローサイドトランジスタ120とともに平滑容量部13を設けることにより、基板20の導電層22に平滑容量部13を設けない場合(例えばハイサイドトランジスタ110およびローサイドトランジスタ120が設けられた基板20とは異なる基板に平滑容量部13を設ける場合)よりも、ハイサイドトランジスタ110およびローサイドトランジスタ120から平滑容量部13に至る配線経路を短縮することができる。これにより、ハイサイドトランジスタ110およびローサイドトランジスタ120から平滑容量部13に至る配線経路における寄生インダクタンスを低減することができるので、ハイサイドトランジスタ110およびローサイドトランジスタ120のスイッチング動作に起因するサージ電圧を低減することができる。
また、ハイサイドトランジスタ110および複数のローサイドトランジスタ120とそれぞれ隣り合うように、平滑容量部13を構成する複数のキャパシタ130を配置することにより、ハイサイドトランジスタ110(またはローサイドトランジスタ120)からキャパシタ130に至る配線経路を短縮することができる。これにより、ハイサイドトランジスタ110およびローサイドトランジスタ120のスイッチング動作に起因するサージ電圧を低減することができる。
また、ハイサイドトランジスタ110とそのハイサイドトランジスタ110に対応するキャパシタ130との組とローサイドトランジスタ120とそのローサイドトランジスタ120に対応するキャパシタ130との組とが互いに隣り合うように、複数のハイサイドトランジスタ110と複数のローサイドトランジスタ120と複数のキャパシタ130を配置することにより、ハイサイドトランジスタ110とローサイドトランジスタ120とキャパシタ130との間に形成される配線経路を短縮することができる。これにより、ハイサイドトランジスタ110およびローサイドトランジスタ120のスイッチング動作に起因するサージ電圧を低減することができる。
また、このスイッチング電源装置10では、複数のハイサイドトランジスタ110および複数のローサイドトランジスタ120は、第1方向Xにおいてハイサイドトランジスタ110とローサイドトランジスタ120とが一対一で隣り合うように第1方向Xに配置されている。そして、複数のキャパシタ130の各々は、第1方向Xと直交する第2方向Yにおいてハイサイドトランジスタ110および複数のローサイドトランジスタ120のうちそのキャパシタ130に対応するトランジスタと隣り合うように配置されている。このような構成により、複数のキャパシタ130の間においてキャパシタ130とトランジスタ(ハイサイドトランジスタ110またはローサイドトランジスタ120)との間の配線距離の差を小さくすることができるので、複数のキャパシタ130における発熱ばらつき(一部のキャパシタ130に電流が集中することにより一部のキャパシタ130に発熱が集中すること)を低減することができる。
また、電源パターン40は、接続部材200(この例では第1〜第3電源接続部材41〜43)により電気的に接続される複数の配線領域(この例では第1〜第6電源領域401〜406)を有している。このような構成により、電源パターン40(配線パターン)の設計自由度を向上させることができる。これにより、ハイサイドトランジスタ110およびローサイドトランジスタ120の配置自由度を向上させることができる。
また、接続部材200(この例では第1〜第3電源接続部材41〜43)を板状に形成された導体により構成することにより、導電層22の配線領域(この例では第1〜第6電源領域401〜406)に伝達された熱を接続部材200から放出することができる。これにより、放熱性を向上させることができる。
また、接続部材200(この例では第1〜第3電源接続部材41〜43)を構成する材料を放熱層23を構成する材料と同種とすることにより、接続部材200の熱膨張係数を放熱層23の熱膨張係数に合わせることができる。これにより、温度上昇による放熱層23の変形に対応するように接続部材200を変形させることができるので、スイッチング電源装置10の信頼性を向上させることができる。
また、接続部材200(この例では第1〜第3電源接続部材41〜43)を導電層22の配線領域(この例では第1〜第6電源領域401〜406)に半田により接合することにより、接続部材200を導電層22の配線領域にネジ止めする場合よりも、接続部材200の接続構造を簡素にすることができる。
また、接続部材200(この例では第1〜第3電源接続部材41〜43)のうち配線領域(この例では第1〜第6電源領域401〜406)と半田により接合される部分に、半田による接合を可能とするためのめっき処理を施すことにより、半田による接合に適さない材料により接続部材200が構成されている場合であっても、接続部材200を導電層22の配線領域に半田により接合することができる。そのため、接続部材200を構成する材料の選択自由度を向上させることができる。
(接続部材の接続構造の変形例1)
図5は、接続部材200の接続構造の変形例1を例示している。図5では、第1電源接続部材41と第3電源領域403との接続構造を例に挙げている。
この例では、接続部材200(図5の例では第1電源接続部材41)は、板状に形成された導体(いわゆるバスバー)により構成されている。具体的には、接続部材200は、板状に形成されて導電層22と間隔をおいて対向する本体部201と、本体部201から導電層22の複数の配線領域のいずれか1つ(図5の例では第3電源領域403)へ向けて延出する延出部202とを有している。
基板20には、第1貫通孔21hと、第2貫通孔22hと、第3貫通孔23hとが設けられている。第1貫通孔21hは、絶縁層21を厚み方向に貫通している。第2貫通孔22hは、導電層22の複数の配線領域のいずれか1つ(図5の例では第3電源領域403)を厚み方向に貫通して第1貫通孔21hと連通している。第3貫通孔23hは、放熱層23を厚み方向に貫通して第1貫通孔21hと連通している。
接続部材200(図5の例では第1電源接続部材41)の延出部202は、第1貫通孔21hと第2貫通孔22hと第3貫通孔23hとに挿入された状態で導電層22の複数の配線領域のうち第2貫通孔22hが設けられた配線領域(図5の例では第3電源領域403)に半田(半田部26)により接合されている。
なお、第1貫通孔21hと第2貫通孔22hと第3貫通孔23hとに挿入された接続部材200(図5の例では第1電源接続部材41)の延出部202と第3貫通孔23hの内壁との接触が回避されるように、第3貫通孔23hの開口面積は、第1貫通孔21hの開口面積よりも大きくなっている。
また、この例では、接続部材200(図5の例では第1電源接続部材41)を構成する材料は、放熱層23を構成する材料と同種となっている。そして、この例では、接続部材200のうち複数の配線領域と半田により接合される部分(図5の例では第1電源接続部材41の延出部202)には、半田による接合を可能とするためのめっき処理が施されている。
以上のように、接続部材200(図5の例では第1電源接続部材41)を導電層22の配線領域(図5の例では第3電源領域403)に半田により接合することにより、接続部材200を導電層22の配線領域にネジ止めする場合よりも、接続部材200の接続構造を簡素にすることができる。
(接続部材の接続構造の変形例2)
図6は、接続部材200の接続構造の変形例2を例示している。図6では、第1電源接続部材41と第3電源領域403との接続構造を例に挙げている。
この例では、接続部材200(図6の例では第1電源接続部材41)は、板状に形成された導体(いわゆるバスバー)により構成されている。そして、スイッチング電源装置10は、導電層22の複数の配線領域のいずれか1つ(図6の例では第3電源領域403)に半田(半田部26)により接合されるナット27と、接続部材200(図6の例では第1電源接続部材41)を貫通してナット27に締結されるボルト28とを備えている。
なお、この例では、接続部材200(図6の例では第1電源接続部材41)を構成する材料は、放熱層23を構成する材料と同種となっている。
以上のように、導電層22の配線領域(図6の例では第3電源領域403)に半田によりナット27が接合され、ボルト28が接続部材200(図6の例では第1電源接続部材41)を貫通してナット27に締結されることにより、半田による接合に適さない材料により接続部材200が構成されている場合であっても、接続部材200を導電層22の配線領域に半田により接合することができる。そのため、接続部材200を構成する材料の選択自由度を向上させることができる。
(接続部材の接続構造の変形例3)
図7および図8は、接続部材200の接続構造の変形例3を例示している。図7および図8では、第1電源接続部材41と第3電源領域403との接続構造を例に挙げている。
接続部材200(図7および図8の例では第1電源接続部材41)の接続構造は、連結ネジ60により接続部材200を基板20(具体的には導電層22)にネジ止めして固定するための構造であり、台座部71と絶縁部材72とワッシャ73と連結ネジ60とを備えている。
台座部71は、導電材料(例えば金属)により構成され、導電層22に設けられる。具体的には、台座部71は、接続部材200と導電層22との接続部(接続部材200を接続すべき部分、図7の例では第3電源領域403)に設けられている。
また、この例では、台座部71の台座面(図2の上面)は、矩形状に形成されている。そして、台座部71の中央部には、連結ネジ60を挿通させる挿通孔が設けられている。台座部71の挿通孔の口径は、連結ネジ60の胴部の外径よりも大きくなっている。
台座部71の台座面には、接続部材200が載置される。この例では、板状に形成された接続部材200が台座部71の台座面に載置される。また、接続部材200には、連結ネジ60を挿通させる挿通孔が設けられている。接続部材200の挿通孔の口径は、連結ネジ60の胴部の外径よりも大きくなっている。
なお、台座部71の高さ(導電層22の表面から台座部71の台座面までの高さ)は、導電層22に実装されたハイサイドトランジスタ110およびローサイドトランジスタ120の高さ(導電層22の表面を基準とする高さ)よりも高くなっている。このような構成により、台座部71の台座面に載置された接続部材200と導電層22に実装されたハイサイドトランジスタ110およびローサイドトランジスタ120とを接触させないようにすることができる。
絶縁部材72は、板状に形成され、台座部71に載置された接続部材200に載置される。例えば、絶縁部材72は、絶縁紙(絶縁ワニスが塗布された上質紙またはクラフト紙)によって構成されている。この例では、絶縁部材72は、台座部71の台座面の平面形状に対応する形状(すなわち矩形の板状)に形成されている。また、絶縁部材72の中央部には、連結ネジ60を挿通させる挿通孔が設けられている。絶縁部材72の挿通孔の口径は、連結ネジ60の胴部の外径よりも大きくなっているが、接続部材200の挿通孔の口径および台座部71の挿通孔の口径よりも小さくなっている。なお、絶縁部材72の挿通孔の周縁部には、環状凸部72aが設けられている。環状凸部72aは、例えば、絶縁部材72の挿通孔の周縁部にエンボス加工を施すことにより形成されている。
ワッシャ73は、板状に形成され、接続部材200に載置された絶縁部材72に載置される。この例では、ワッシャ73は、U字型の板状(U字型に屈曲する板状)に形成されている。そして、ワッシャ73は、台座部71の台座面との間に接続部材200と絶縁部材72とを挟み込んだ状態で台座部71に覆い被さるように構成されている。また、ワッシャ73の中央部には、連結ネジ60を挿通させる挿通孔が設けられている。ワッシャ73の挿通孔の口径は、連結ネジ60の胴部の外径よりも大きくなっている。
また、基板20の導電層22と絶縁層21には、連結ネジ60を挿通させる挿通孔が設けられている。導電層22と絶縁層21の挿通孔の口径は、連結ネジ60の胴部の外径よりも大きく、且つ、絶縁部材72の挿通孔の口径よりも大きくなっている。また、基板20の放熱層23には、連結ネジ60に締結されるネジ穴61が設けられている。
連結ネジ60は、ワッシャ73と絶縁部材72と接続部材200と台座部71と導電層22と絶縁層21とを貫通して放熱層23に締結されている。具体的には、連結ネジ60は、ワッシャ73の挿通孔と絶縁部材72の挿通孔と接続部材200の挿通孔と台座部71の挿通孔と導電層22の挿通孔と絶縁層21の挿通孔とに挿通されて放熱層23のネジ穴61に締結されている。なお、接続部材200と台座部71と導電層22と絶縁層21の挿通孔と連結ネジ60の胴部との間には隙間が形成され、連結ネジ60の頭部と接続部材200との間にはワッシャ73と絶縁部材72とが設けられている。このような構成により、接続部材200と放熱層23との絶縁性を確保することができる。
以上のように、導電層22と絶縁層21とを貫通して放熱層23に締結される連結ネジ60を用いて接続部材200を導電層22との接続部(図7の例では第3電源領域403)にネジ止めすることにより、絶縁層21と放熱層23との密着性を向上させることができる。これにより、ハイサイドトランジスタ110およびローサイドトランジスタ120から導電層22と絶縁層21とを経由して放熱層23へ向かう熱の伝達を促進させることができる。このように、基板20の放熱性を向上させることができるので、ハイサイドトランジスタ110およびローサイドトランジスタ120のスイッチング動作に起因する温度上昇を抑制することができる。
(接続部材の接続構造の変形例4)
図9は、接続部材200の接続構造の変形例4を例示している。図9では、第1電源接続部材41と第3電源領域403との接続構造を例に挙げている。
図9に示すように、スイッチング電源装置10は、連結ネジ60が導電層22と絶縁層21と放熱層23とを貫通して放熱部材24に締結されるように構成されていてもよい。すなわち、接続部材200(図9の例では第1電源接続部材41)は、導電層22と絶縁層21と放熱層23とを貫通して放熱部材24に締結される連結ネジ60により接続部材200と導電層22との接続部(図9の例では第3電源領域403)にネジ止めされていてもよい。
図9の例では、導電層22と絶縁層21と放熱層23とに連結ネジ60を挿通させる挿通孔が設けられ、放熱部材24に連結ネジ60に締結されるネジ穴61が設けられ、連結ネジ60は、ワッシャ73の挿通孔と絶縁部材72の挿通孔と接続部材200の挿通孔と台座部71の挿通孔と導電層22の挿通孔と絶縁層21の挿通孔と放熱層23の挿通孔とに挿通されて放熱部材24のネジ穴61に締結されている。なお、接続部材200と台座部71と導電層22と絶縁層21と放熱層23の挿通孔と連結ネジ60の胴部との間には隙間が形成され、連結ネジ60の頭部と接続部材200との間にはワッシャ73と絶縁部材72とが設けられている。このような構成により、接続部材200と放熱部材24との絶縁性を確保することができる。
以上のように、導電層22と絶縁層21と放熱層23とを貫通して放熱部材24に締結される連結ネジ60を用いて接続部材200を導電層22との接続部(図9の例では第3電源領域403)にネジ止めすることにより、絶縁層21と放熱層23と放熱部材24の密着性を向上させることができる。これにより、ハイサイドトランジスタ110およびローサイドトランジスタ120から導電層22と絶縁層21と放熱層23とを経由して放熱部材24へ向かう熱の伝達を促進させることができる。このように、基板20の放熱性を向上させることができるので、ハイサイドトランジスタ110およびローサイドトランジスタ120のスイッチング動作に起因する温度上昇を抑制することができる。
また、導電層22と絶縁層21と放熱層23とを貫通して放熱部材24に締結される連結ネジ60を用いて接続部材200を接続部材200と導電層22との接続部(図9の例では第3電源領域403)にネジ止めすることにより、基板20の反りを低減することができる。また、連結ネジ60により基板20と放熱部材24とを共締めすることができるので、スイッチング電源装置10の部品点数を削減することができる。
(実施形態2)
図10は、実施形態2によるスイッチング電源装置10の構造を例示している。実施形態2によるスイッチング電源装置10は、電源パターン40と接地パターン50と接続部材200の構成とハイサイドトランジスタ110とローサイドトランジスタ120とキャパシタ130の配置が実施形態1によるスイッチング電源装置10と異なっている。
〈電源パターン〉
実施形態2では、電源パターン40は、6つの配線領域(第1〜第6電源領域401〜406)と、電源連絡領域410とを有している。
《電源領域》
実施形態2では、実施形態1と同様に、複数の電源領域400は、出力領域300の延伸方向に沿うように間隔をおいて配列され、出力領域300の延伸方向と直交する方向において出力領域300と所定の隙間を隔てて対向している。具体的には、第1〜第6電源領域401〜406は、次のように構成されている。
第1〜第3電源領域401〜403は、第1出力領域301と第2出力領域302との間に配置され、第1出力領域301の延伸方向(第1方向X)に沿うように間隔をおいて配列されている。この例では、第1出力領域301の延伸方向の一端側から他端側(図10では左側から右側)へ向けて第1電源領域401と第2電源領域402と第3電源領域403が順に並んでいる。また、第1〜第3電源領域401〜403は、第1出力領域301の延伸方向と直交する方向(第2方向Y)において第1出力領域301と所定の隙間を隔てて対向している。
第4〜第6電源領域404〜406は、第2出力領域302と第3出力領域303との間に配置され、第2および第3出力領域302,303の延伸方向(第1方向X)に沿うように間隔をおいて配列されている。この例では、第2および第3出力領域302,303の延伸方向の一端側から他端側(図10では左側から右側)へ向けて第4電源領域404と第5電源領域405と第6電源領域406とが順に並んでいる。また、第4〜第6電源領域404〜406は、第2出力領域302の延伸方向と直交する方向(第2方向Y)において第2出力領域302と所定の隙間を隔てて対向している。また、第4〜第6電源領域404〜406は、第3出力領域303の延伸方向と直交する方向(第2方向Y)において第3出力領域303と所定の隙間を隔てて対向している。
《電源連絡領域》
実施形態2では、電源連絡領域410は、基板20の短手方向に沿う第2方向Yに延伸するように形成され、基板20の長手方向の縁部(図2では右縁部)に配置されている。第3および第6電源領域403,406は、電源連絡領域410に接続されている。なお、実施形態2では、第1,第2,第4,第5電源領域401,402,404,405は、後述する接続部材200(第1および第2電源接続部材41,42)により電源連絡領域410と電気的に接続されている。
〈接地パターン〉
実施形態2では、接地パターン50は、4つの配線領域(第1〜第4接地領域501〜504)と、接地連絡領域510とを有している。
《接地領域》
実施形態2では、実施形態1と同様に、複数の接地領域500は、出力領域300の延伸方向に沿うように間隔をおいて配列され、出力領域300の延伸方向と直交する方向において出力領域300と所定の隙間を隔てて対向している。具体的には、第1〜第4接地領域501〜504は、次のように構成されている。
第1および第2接地領域501,502は、第1出力領域301と第2出力領域302との間に配置され、第1出力領域301の延伸方向(第1方向X)に沿うように間隔をおいて配列されている。この例では、第1出力領域301の延伸方向の一端側から他端側(図10では左側から右側)へ向けて第1接地領域501と第2接地領域502とが順に並んでいる。また、第1および第2接地領域501,502は、第1出力領域301の延伸方向と直交する方向(第2方向Y)において第1出力領域301と所定の隙間を隔てて対向している。
第3および第4接地領域503,504は、第1出力領域301と第2出力領域302との間に配置され、第2および第3出力領域302,303の延伸方向(第1方向X)に沿うように間隔をおいて配列されている。この例では、第2および第3出力領域302,303の延伸方向の一端側から他端側(図10では左側から右側)へ向けて第3接地領域503と第4接地領域504とが順に並んでいる。また、第3および第4接地領域503,504は、第2出力領域302の延伸方向と直交する方向(第2方向Y)において第2出力領域302と所定の隙間を隔てて対向している。また、第3および第4接地領域503,504は、第3出力領域303の延伸方向と直交する方向(第2方向Y)において第3出力領域303と所定の隙間を隔てて対向している。
《接地連絡領域》
実施形態2では、接地連絡領域510は、基板20の長手方向の縁部(図10では右縁部)に配置されている。なお、実施形態2では、第1〜第4接地領域501〜504は、後述する接続部材200(接地接続部材51)により接地連絡領域510と電気的に接続されている。
〈電源領域と接地領域の配置〉
また、実施形態2では、実施形態1と同様に、複数の電源領域400および複数の接地領域500は、出力領域300の延伸方向に沿う方向において電源領域400と接地領域500とが交互に並ぶように配列されている。また、複数の電源領域400および複数の接地領域500は、隣り合う電源領域400と接地領域500とが所定の隙間を隔てて対向するように配列されている。
具体的には、第1出力領域301と第2出力領域302との間において、第1出力領域301の延伸方向に沿う第1方向Xの一端側から他端側(図10では左側から右側)へ向けて、第1電源領域401と第1接地領域501と第2電源領域402と第2接地領域502と第3電源領域403とが順に並んでいる。そして、第1接地領域501は、第1および第2電源領域401,402の各々と所定の隙間を隔てて対向し、第2接地領域502は、第2および第3電源領域402,403の各々と所定の隙間を隔てて対向している。
また、第2出力領域302と第3出力領域303との間において、第2および第3出力領域302,303の延伸方向に沿う第1方向Xの一端側から他端側(図10では左側から右側)へ向けて、第4電源領域404と第3接地領域503と第5電源領域405と第4接地領域504と第6電源領域406とが順に並んでいる。そして、第3接地領域503は、第4および第5電源領域404,405の各々と所定の隙間を隔てて対向し、第4接地領域504は、第5および第6電源領域405,406の各々と所定の隙間を隔てて対向している。
〈ハイサイドスイッチング素子とハイサイドトランジスタ〉
実施形態2では、実施形態1と同様に、基板20の導電層22に第1〜第3ハイサイドスイッチング素子11u〜11wが設けられ、第1〜第3ハイサイドスイッチング素子11u〜11wの各々が4つのハイサイドトランジスタ110によって構成されている。
第1ハイサイドスイッチング素子11uを構成する4つのハイサイドトランジスタ110は、第1出力領域301の延伸方向に沿う第1方向Xに間隔をおいて配置され、これらの4つのハイサイドトランジスタ110のうち1つのハイサイドトランジスタ110は、第1電源領域401に面実装されて第1出力領域301に接続され、2つのハイサイドトランジスタ110は、第2電源領域402に面実装されて第1出力領域301に接続され、残りの1つのハイサイドトランジスタ110は、第3電源領域403に面実装されて第1出力領域301に接続されている。
第2ハイサイドスイッチング素子11vを構成する4つのハイサイドトランジスタ110は、第2出力領域302の延伸方向に沿う第1方向Xに間隔をおいて配置され、これらの4つのハイサイドトランジスタ110のうち1つのハイサイドトランジスタ110は、第4電源領域404に面実装されて第2出力領域302に接続され、2つのハイサイドトランジスタ110は、第5電源領域405に面実装されて第2出力領域302に接続され、残りの1つのハイサイドトランジスタ110は、第6電源領域406に面実装されて第2出力領域302に接続されている。
第3ハイサイドスイッチング素子11wを構成する4つのハイサイドトランジスタ110は、第3出力領域303の延伸方向に沿う第1方向Xに間隔をおいて配置され、これらの4つのハイサイドトランジスタ110のうち1つのハイサイドトランジスタ110は、第4電源領域404に面実装されて第3出力領域303に接続され、2つのハイサイドトランジスタ110は、第5電源領域405に面実装されて第3出力領域303に接続され、残りの1つのハイサイドトランジスタ110は、第6電源領域406に面実装されて第3出力領域303に接続されている。
〈ローサイドスイッチング素子とローサイドトランジスタ〉
実施形態2では、実施形態1と同様に、基板20の導電層22に第1〜第3ローサイドスイッチング素子12u〜12wが設けられ、第1〜第3ローサイドスイッチング素子12u〜12wの各々が4つのローサイドトランジスタ120によって構成されている。
第1ローサイドスイッチング素子12uを構成する4つのローサイドトランジスタ120は、第1出力領域301の延伸方向に沿う第1方向Xに間隔をおいて配置され、これらの4つのローサイドトランジスタ120のうち2つのローサイドトランジスタ120は、第1出力領域301に面実装されて第1接地領域501に接続され、残りの2つのローサイドトランジスタ120は、第1出力領域301に面実装されて第2接地領域502に接続されている。
第2ローサイドスイッチング素子12vを構成する4つのローサイドトランジスタ120は、第2出力領域302の延伸方向に沿う第1方向Xに間隔をおいて配置され、これらの4つのローサイドトランジスタ120のうち2つのローサイドトランジスタ120は、第2出力領域302に面実装されて第3接地領域503に接続され、残りの2つのローサイドトランジスタ120は、第2出力領域302に面実装されて第4接地領域504に接続されている。
第3ローサイドスイッチング素子12wを構成する4つのローサイドトランジスタ120は、第3出力領域303の延伸方向に沿う第1方向Xに間隔をおいて配置され、これらの4つのローサイドトランジスタ120のうち2つのローサイドトランジスタ120は、第3出力領域303に面実装されて第3接地領域503に接続され、残りの2つのローサイドトランジスタ120は、第3出力領域303に面実装されて第4接地領域504に接続されている。
〈ハイサイドトランジスタとローサイドトランジスタの配置〉
また、実施形態2では、実施形態1と同様に、1つのハイサイドスイッチング素子11を構成する複数のハイサイドトランジスタ110および1つのローサイドスイッチング素子12を構成する複数のローサイドトランジスタ120は、出力領域300の延伸方向に沿う第1方向Xにおいてハイサイドトランジスタ110とローサイドトランジスタ120とが一対一で隣り合うように第1方向Xに配置されている。また、ローサイドトランジスタ120の端子(本体側部から接地領域500へ向けて延出する端子)の向く方向は、ハイサイドトランジスタ110の端子(本体側部から出力領域300へ向けて延出する端子)の向く方向と逆方向になっている。
具体的には、第1ハイサイドスイッチング素子11uを構成する4つのハイサイドトランジスタ110および第1ローサイドスイッチング素子12uを構成する4つのローサイドトランジスタ120は、第1出力領域301の延伸方向に沿う第1方向Xの一端側から他端側(図10では左側から右側)へ向けて、1つのハイサイドトランジスタ110と2つのローサイドトランジスタ120と2つのハイサイドトランジスタ110と2つのローサイドトランジスタ120と1つのハイサイドトランジスタ110とが順に並ぶように、第1方向Xに配列されている。
また、第2ハイサイドスイッチング素子11vを構成する4つのハイサイドトランジスタ110および第2ローサイドスイッチング素子12vを構成する4つのローサイドトランジスタ120は、第2出力領域302の延伸方向に沿う第1方向Xの一端側から他端側(図10では左側から右側)へ向けて、1つのハイサイドトランジスタ110と2つのローサイドトランジスタ120と2つのハイサイドトランジスタ110と2つのローサイドトランジスタ120と1つのハイサイドトランジスタ110とが順に並ぶように、第1方向Xに配列されている。
また、第3ハイサイドスイッチング素子11wを構成する4つのハイサイドトランジスタ110および第3ローサイドスイッチング素子12wを構成する4つのローサイドトランジスタ120は、第3出力領域303の延伸方向に沿う第1方向Xの一端側から他端側(図10では左側から右側)へ向けて、1つのハイサイドトランジスタ110と2つのローサイドトランジスタ120と2つのハイサイドトランジスタ110と2つのローサイドトランジスタ120と1つのハイサイドトランジスタ110とが順に並ぶように、第1方向Xに配列されている。
〈平滑容量部とキャパシタ〉
また、実施形態2によるスイッチング電源装置10では、実施形態1と同様に、基板20の導電層22に平滑容量部13が設けられている。平滑容量部13は、複数のキャパシタ130によって構成されている。
実施形態2では、実施形態1と同様に、複数のキャパシタ130は、複数のハイサイドトランジスタ110および複数のローサイドトランジスタ120にそれぞれ対応している。そして、複数のキャパシタ130の各々は、複数のハイサイドトランジスタ110および複数のローサイドトランジスタ120のうちそのキャパシタ130に対応するトランジスタと隣り合うように配置されている。別の言い方をすれば、複数のハイサイドトランジスタ110と複数のローサイドトランジスタ120と複数のキャパシタ130は、ハイサイドトランジスタ110とそのハイサイドトランジスタ110に対応するキャパシタ130との組とローサイドトランジスタ120とそのローサイドトランジスタ120に対応するキャパシタ130との組とが互いに隣り合うように配置されている。
具体的には、実施形態2では、実施形態1と同様に、基板20の導電層22に設けられた12個のハイサイドトランジスタ110および12個のローサイドトランジスタ120にそれぞれ対応する24個のキャパシタ130が設けられている。
第1ハイサイドスイッチング素子11uを構成する4つのハイサイドトランジスタ110にそれぞれ対応する4つのキャパシタ130は、これらの4つのハイサイドトランジスタ110の配列方向(第1出力領域301の延伸方向)に沿う第1方向Xに間隔をおいて配置されて4つのハイサイドトランジスタ110の近傍にそれぞれ設けられている。そして、これらの4つのキャパシタ130のうち1つのキャパシタ130は、第1電源領域401と第1接地領域501とに面実装され、1つのキャパシタ130は、第2電源領域402と第1接地領域501とに面実装され、1つのキャパシタ130は、第2電源領域402と第2接地領域502とに面実装され、残りの1つのキャパシタ130は、第3電源領域403と第2接地領域502とに面実装されている。
第2ハイサイドスイッチング素子11vを構成する4つのハイサイドトランジスタ110にそれぞれ対応する4つのキャパシタ130は、これらの4つのハイサイドトランジスタ110の配列方向(第2出力領域302の延伸方向)に沿う第1方向Xに間隔をおいて配置されて4つのハイサイドトランジスタ110の近傍にそれぞれ設けられている。そして、これらの4つのキャパシタ130のうち1つのキャパシタ130は、第4電源領域404と第3接地領域503とに面実装され、1つのキャパシタ130は、第5電源領域405と第3接地領域503とに面実装され、1つのキャパシタ130は、第5電源領域405と第4接地領域504とに面実装され、残りの1つのキャパシタ130は、第6電源領域406と第4接地領域504とに面実装されている。
第3ハイサイドスイッチング素子11wを構成する4つのハイサイドトランジスタ110にそれぞれ対応する4つのキャパシタ130は、これらの4つのハイサイドトランジスタ110の配列方向(第3出力領域303の延伸方向)に沿う第1方向Xに間隔をおいて配置されて4つのハイサイドトランジスタ110の近傍にそれぞれ設けられている。そして、これらの4つのキャパシタ130のうち1つのキャパシタ130は、第4電源領域404と第3接地領域503とに面実装され、1つのキャパシタ130は、第5電源領域405と第3接地領域503とに面実装され、1つのキャパシタ130は、第5電源領域405と第4接地領域504とに面実装され、残りの1つのキャパシタ130は、第6電源領域406と第4接地領域504とに面実装されている。
第1ローサイドスイッチング素子12uを構成する4つのローサイドトランジスタ120にそれぞれ対応する4つのキャパシタ130は、これらの4つのローサイドトランジスタ120の配列方向(第1出力領域301の延伸方向)に沿う第1方向Xに間隔をおいて配置されて4つのローサイドトランジスタ120の近傍にそれぞれ設けられている。そして、これらの4つのキャパシタ130のうち1つのキャパシタ130は、第1電源領域401と第1接地領域501とに面実装され、1つのキャパシタ130は、第2電源領域402と第1接地領域501とに面実装され、1つのキャパシタ130は、第2電源領域402と第2接地領域502とに面実装され、残りの1つのキャパシタ130は、第3電源領域403と第2接地領域502とに面実装されている。
第2ローサイドスイッチング素子12vを構成する4つのローサイドトランジスタ120にそれぞれ対応する4つのキャパシタ130は、これらの4つのローサイドトランジスタ120の配列方向(第2出力領域302の延伸方向)に沿う第1方向Xに間隔をおいて配置されて4つのローサイドトランジスタ120の近傍にそれぞれ設けられている。そして、これらの4つのキャパシタ130のうち1つのキャパシタ130は、第4電源領域404と第3接地領域503とに面実装され、1つのキャパシタ130は、第5電源領域405と第3接地領域503とに面実装され、1つのキャパシタ130は、第5電源領域405と第4接地領域504とに面実装され、残りの1つのキャパシタ130は、第6電源領域406と第4接地領域504とに面実装されている。
第3ローサイドスイッチング素子12wを構成する4つのローサイドトランジスタ120にそれぞれ対応する4つのキャパシタ130は、これらの4つのローサイドトランジスタ120の配列方向(第3出力領域303の延伸方向)に沿う第1方向Xに間隔をおいて配置されて4つのローサイドトランジスタ120の近傍にそれぞれ設けられている。そして、これらの4つのキャパシタ130のうち1つのキャパシタ130は、第4電源領域404と第3接地領域503とに面実装され、1つのキャパシタ130は、第5電源領域405と第3接地領域503とに面実装され、1つのキャパシタ130は、第5電源領域405と第4接地領域504とに面実装され、残りの1つのキャパシタ130は、第6電源領域406と第4接地領域504とに面実装されている。
〈接続部材〉
実施形態2では、実施形態1と同様に、電源パターン40および接地パターン50のうち少なくとも一方のパターンは、接続部材200により電気的に接続される複数の配線領域(導電層22に形成される配線パターンの一部)を有している。この例では、電源パターン40は、第1および第2電源接続部材41,42(接続部材200)により電気的に接続される第1,第2,第4,第5電源領域401,402,404,405を有している。接地パターン50は、接地接続部材51(接続部材200)により電気的に接続される第1〜第4接地領域501〜504を有している。なお、図10では、第1および第2電源接続部材41,42と接地接続部材51を二点鎖線で図示している。
第1電源接続部材41は、電源連絡領域410と第1電源領域401と第2電源領域402とを電気的に接続している。第2電源接続部材42は、電源連絡領域410と第4電源領域404と第5電源領域405とを電気的に接続している。接地接続部材51は、接地連絡領域510と第1接地領域501と第2接地領域502と第3接地領域503と第4接地領域504とを電気的に接続している。
また、実施形態2では、実施形態1と同様に、接続部材200は、板状に形成された導体(バスバー)により構成されている。具体的には、接続部材200は、板状に形成されて導電層22と間隔をおいて対向する本体部201と、本体部201から導電層22の複数の配線領域のいずれか1つへ向けて延伸する延出部202とを有している。例えば、接地接続部材51は、第2出力領域302と間隔をおいて対向する本体部201と、本体部201から接地パターン50の5つの配線領域(接地連絡領域510と第1接地領域501と第2接地領域502と第3接地領域503と第4接地領域504)へ向けてそれぞれ延出する5つの延出部202とを有している。
また、実施形態2では、実施形態1と同様に、接続部材200は、導電層22の複数の配線領域に半田により接合されている。例えば、接地接続部材51の5つの延出部202は、接地パターン50の5つの配線領域(接地連絡領域510と第1接地領域501と第2接地領域502と第3接地領域503と第4接地領域504)に半田によりそれぞれ接合されている。
なお、実施形態2では、実施形態1と同様に、接続部材200を構成する材料は、放熱層23を構成する材料と同種となっている。そして、この例では、接続部材200のうち複数の配線領域と半田により接合される部分には、半田による接合を可能とするためのめっき処理が施されている。例えば、接地接続部材51と放熱層23とがアルミニウムにより構成され、接地接続部材51のうち接地パターン50の5つの配線領域(接地連絡領域510と第1接地領域501と第2接地領域502と第3接地領域503と第4接地領域504)と半田により接合される5つの延出部には、ニッケル(半田による接合を可能とするための材料)がめっきされている。
〔実施形態2による効果〕
実施形態2によるスイッチング電源装置10では、実施形態1によるスイッチング電源装置10により得られる効果と同様の効果を得ることができる。例えば、ハイサイドスイッチング素子11およびローサイドスイッチング素子12における熱の集中を緩和することができる。
(実施形態3)
図11は、実施形態3によるスイッチング電源装置10の構成を例示している。実施形態3によるスイッチング電源装置10は、出力パターン30と電源パターン40と接地パターン50と接続部材200の構成とハイサイドトランジスタ110とローサイドトランジスタ120とキャパシタ130の配置が実施形態1によるスイッチング電源装置10と異なっている。
〈出力パターン〉
実施形態3では、出力パターン30は、第1〜第3スイッチング部SWu〜SWwにそれぞれ対応する第1〜第3出力領域301〜303を有している。第1〜第3出力領域301〜303は、第1方向Xに沿うように延伸するようにそれぞれ形成され、第1方向Xに間隔をおいて配置されている。この例では、第1〜第3出力領域301〜303は、基板20の短手方向の中央部に配置されている。
また、第1〜第3出力領域301〜303には、第1〜第3出力接続部材81〜83が電気的に接続されている。第1〜第3出力接続部材81〜83は、例えば、板状に形成された導体(バスバー)により構成されている。なお、図11では、第1〜第3出力接続部材81〜83を二点鎖線で図示している。
〈電源パターン〉
また、実施形態3では、電源パターン40は、第1電源領域401と、第2電源領域402と、電源接続領域430とを有している。
《電源領域》
第1電源領域401と第2電源領域402は、第1〜第3出力領域301〜303の延伸方向(第1方向X)に沿うようにそれぞれ延伸している。第1電源領域401は、第1〜第3出力領域301〜303の延伸方向と直交する方向(第2方向Y)において第1〜第3出力領域301〜303と所定の間隔を隔てて対向している。第2電源領域402は、第1〜第3出力領域301〜303の延伸方向と直交する方向(第2方向Y)において第1〜第3出力領域301〜303と後述する第2接地領域502を間に挟んで第1電源領域401と対向するように配置されている。また、第2電源領域402は、直流電源Pの一端(正極)に電気的に接続されている。
《電源接続領域》
電源接続領域430は、第2方向Yに延伸するように形成され、第1電源領域401と第2電源領域402とを接続している。この例では、電源接続領域430は、基板20の長手方向の縁部(図11では右縁部)に配置されている。
〈接地パターン〉
また、実施形態3では、接地パターン50は、第1接地領域501と、第2接地領域502と、第1接地延出領域531と、第2接地延出領域532とを有している。
《接地領域》
第1接地領域501と第2接地領域502は、第1〜第3出力領域301〜303の延伸方向(第1方向X)に沿うようにそれぞれ延伸している。第2接地領域502は、第1〜第3出力領域301〜303の延伸方向と直交する方向(第2方向Y)において第1〜第3出力領域301〜303と所定の間隔を隔てて対向している。第1接地領域501は、第1〜第3出力領域301〜303の延伸方向と直交する方向(第2方向Y)において第1電源領域401と第1〜第3出力領域301〜303を間に挟んで第2接地領域502と対向するように配置されている。また、第1接地領域501は、直流電源Pの他端(負極)に電気的に接続されている。
《接地延出領域》
第1接地延出領域531と第2接地延出領域532は、第1〜第3出力領域301〜303の延伸方向と直交する方向(第2方向Y)に延伸するように形成されている。第1接地延出領域531は、第1出力領域301と第2出力領域302との間に配置され、第2接地延出領域532は、第2出力領域302と第3出力領域303との間に配置されている。そして、第1接地延出領域531および第2接地延出領域532は、第2接地領域502に接続され、第1電源領域401と所定の間隔をおいて対向している。
〈電源領域と接地領域の配置〉
実施形態3では、複数の電源領域400と複数の接地領域500は、出力領域300の延伸方向と直交する方向において電源領域400と接地領域500とが所定の間隔を隔てて対向するように配置されている。
具体的には、基板20の短手方向の一端側から他端側(図11の例では下側から上側)へ向けて第1接地領域501と第1電源領域401と第1〜第3出力領域301〜303と第2接地領域502と第2電源領域402とが順に並んでいる。そして、第1電源領域401は、第1接地領域501と所定の間隔を隔てて対向し、第2電源領域402は、第2接地領域502と所定の間隔を隔てて対向している。
〈ハイサイドスイッチング素子とハイサイドトランジスタ〉
また、実施形態3では、実施形態1と同様に、基板20の導電層22に第1〜第3ハイサイドスイッチング素子11u〜11wが設けられ、第1〜第3ハイサイドスイッチング素子11u〜11wの各々が4つのハイサイドトランジスタ110によって構成されている。
第1ハイサイドスイッチング素子11uを構成する4つのハイサイドトランジスタ110は、第1出力領域301の延伸方向に沿う第1方向Xに間隔をおいて配置され、第1電源領域401に面実装されて第1出力領域301に接続されている。第2ハイサイドスイッチング素子11vを構成する4つのハイサイドトランジスタ110は、第2出力領域302の延伸方向に沿う第1方向Xに間隔をおいて配置され、第1電源領域401に面実装されて第2出力領域302に接続されている。第3ハイサイドスイッチング素子11wを構成する4つのハイサイドトランジスタ110は、第3出力領域303の延伸方向に沿う第1方向Xに間隔をおいて配置され、第1電源領域401に面実装されて第3出力領域303に接続されている。
〈ローサイドスイッチング素子とローサイドトランジスタ〉
また、実施形態3では、実施形態1と同様に、基板20の導電層22に第1〜第3ローサイドスイッチング素子12u〜12wが設けられ、第1〜第3ローサイドスイッチング素子12u〜12wの各々が4つのローサイドトランジスタ120によって構成されている。
第1ローサイドスイッチング素子12uを構成する4つのローサイドトランジスタ120は、第1出力領域301の延伸方向に沿う第1方向Xに間隔をおいて配置され、第1出力領域301に面実装されて第2接地領域502に接続されている。第2ローサイドスイッチング素子12vを構成する4つのローサイドトランジスタ120は、第2出力領域302の延伸方向に沿う第1方向Xに間隔をおいて配置され、第2出力領域302に面実装されて第2接地領域502に接続されている。第3ローサイドスイッチング素子12wを構成する4つのローサイドトランジスタ120は、第3出力領域303の延伸方向に沿う第1方向Xに間隔をおいて配置され、第3出力領域303に面実装されて第2接地領域502に接続されている。
〈ハイサイドトランジスタとローサイドトランジスタの配置〉
実施形態3では、1つのハイサイドスイッチング素子11を構成する複数のハイサイドトランジスタ110および1つのローサイドスイッチング素子12を構成する複数のローサイドトランジスタ120は、出力領域300の延伸方向と直交する方向(第2方向Y)においてハイサイドトランジスタ110とローサイドトランジスタ120とが一対一で隣り合うように、出力領域300の延伸方向に沿う方向(第1方向X)に配置されている。
具体的には、第1ハイサイドスイッチング素子11uを構成する4つのハイサイドトランジスタ110は、第1出力領域301の延伸方向と直交する第2方向Yにおいて、第1ローサイドスイッチング素子12uを構成する4つのローサイドトランジスタ120と一体一で対向している。これと同様に、第2ハイサイドスイッチング素子11vを構成する4つのハイサイドトランジスタ110は、第2出力領域302の延伸方向と直交する第2方向Yにおいて、第2ローサイドスイッチング素子12vを構成する4つのローサイドトランジスタ120と一体一で対向し、第3ハイサイドスイッチング素子11wを構成する4つのハイサイドトランジスタ110は、第3出力領域303の延伸方向と直交する第2方向Yにおいて、第3ローサイドスイッチング素子12wを構成する4つのローサイドトランジスタ120と一体一で対向している。
〈平滑容量部とキャパシタ〉
また、実施形態3によるスイッチング電源装置10では、実施形態1と同様に、基板20の導電層22に平滑容量部13が設けられている。平滑容量部13は、複数のキャパシタ130によって構成されている。
実施形態3では、実施形態1と同様に、複数のキャパシタ130は、複数のハイサイドトランジスタ110および複数のローサイドトランジスタ120にそれぞれ対応している。そして、複数のキャパシタ130の各々は、複数のハイサイドトランジスタ110および複数のローサイドトランジスタ120のうちそのキャパシタ130に対応するトランジスタと隣り合うように配置されている。別の言い方をすれば、複数のハイサイドトランジスタ110と複数のローサイドトランジスタ120と複数のキャパシタ130は、ハイサイドトランジスタ110とそのハイサイドトランジスタ110に対応するキャパシタ130との組とローサイドトランジスタ120とそのローサイドトランジスタ120に対応するキャパシタ130との組とが互いに隣り合うように配置されている。
この例では、複数のハイサイドトランジスタ110にそれぞれ対応する複数のキャパシタ130は、複数のハイサイドトランジスタ110の配列方向(出力領域300の延伸方向)に沿う第1方向Xに間隔をおいて配置され、複数のハイサイドトランジスタ110の配列方向と直交する方向(第2方向Y)において複数のハイサイドトランジスタ110と隣り合っている。複数のローサイドトランジスタ120にそれぞれ対応する複数のキャパシタ130は、複数のローサイドトランジスタ120の配列方向(出力領域300の延伸方向)に沿う第1方向Xに間隔をおいて配置され、複数のローサイドトランジスタ120の配列方向と直交する方向(第2方向Y)において複数のローサイドトランジスタ120と隣り合っている。そして、この例では、基板20の短手方向の一端側から他端側(図11では下側から上側)へ向けてハイサイドトランジスタ110に対応するキャパシタ130とハイサイドトランジスタ110とローサイドトランジスタ120とローサイドトランジスタ120に対応するキャパシタ130とが順に並んでいる。
具体的には、第1ハイサイドスイッチング素子11uを構成する4つのハイサイドトランジスタ110にそれぞれ対応する4つのキャパシタ130は、これらの4つのハイサイドトランジスタ110の配列方向(第1出力領域301の延伸方向)に沿う第1方向Xに間隔をおいて配置され、これらの4つのハイサイドトランジスタ110の近傍にそれぞれ設けられている。そして、これらの4つのハイサイドトランジスタ110にそれぞれ対応する4つのキャパシタ130は、第1電源領域401と第1接地領域501とに面実装されている。なお、第2ハイサイドスイッチング素子11vを構成する4つのハイサイドトランジスタ110にそれぞれ対応する4つのキャパシタ130および第3ハイサイドスイッチング素子11wを構成する4つのハイサイドトランジスタ110にそれぞれ対応する4つのキャパシタ130の構成は、第1ハイサイドスイッチング素子11uを構成する4つのハイサイドトランジスタ110にそれぞれ対応する4つのキャパシタ130の構成と同様となっている。
また、第1ローサイドスイッチング素子12uを構成する4つのローサイドトランジスタ120にそれぞれ対応する4つのキャパシタ130は、これらの4つのローサイドトランジスタ120の配列方向(第1出力領域301の延伸方向)に沿う第1方向Xに間隔をおいて配置され、これらの4つのローサイドトランジスタ120の近傍にそれぞれ設けられている。そして、これらの4つのローサイドトランジスタ120にそれぞれ対応する4つのキャパシタ130は、第2電源領域402と第2接地領域502とに面実装されている。なお、第2ローサイドスイッチング素子12vを構成する4つのローサイドトランジスタ120にそれぞれ対応する4つのキャパシタ130および第3ローサイドスイッチング素子12wを構成する4つのローサイドトランジスタ120にそれぞれ対応する4つのキャパシタ130の構成は、第1ローサイドスイッチング素子12uを構成する4つのローサイドトランジスタ120にそれぞれ対応する4つのキャパシタ130の構成と同様となっている。
〈接続部材〉
実施形態3では、実施形態1と同様に、電源パターン40および接地パターン50のうち少なくとも一方のパターンは、接続部材200により電気的に接続される複数の配線領域(導電層22に形成される配線パターンの一部)を有している。この例では、接地パターン50は、第1および第2接地接続部材55,56(接続部材200)により電気的に接続される第1接地領域501と第1および第2接地延出領域531,532を有している。なお、図11では、第1および第2接地接続部材55,56を二点鎖線で図示している。
第1接地接続部材55は、第1接地領域501と第1接地延出領域531とを電気的に接続している。第2接地接続部材56は、第1接地領域501と第2接地延出領域532とを電気的に接続している。
また、実施形態3では、実施形態1と同様に、接続部材200は、板状に形成された導体(バスバー)により構成されている。具体的には、接続部材200は、板状に形成されて導電層22と間隔をおいて対向する本体部201と、本体部201から導電層22の複数の配線領域のいずれか1つへ向けて延伸する延出部202とを有している。例えば、第1接地接続部材55は、第1電源領域401と間隔をおいて対向する本体部201と、本体部201から接地パターン50の2つの配線領域(第1接地領域501と第1接地延出領域531)へ向けてそれぞれ延出する2つの延出部202とを有している。
また、実施形態3では、実施形態1と同様に、接続部材200は、導電層22の複数の配線領域に半田により接合されている。例えば、第1接地接続部材55の2つの延出部202は、接地パターン50の2つの配線領域(第1接地領域501と第1接地延出領域531)に半田によりそれぞれ接合されている。
なお、実施形態3では、実施形態1と同様に、接続部材200を構成する材料は、放熱層23を構成する材料と同種となっている。そして、この例では、接続部材200のうち複数の配線領域と半田により接合される部分には、半田による接合を可能とするためのめっき処理が施されている。例えば、第1接地接続部材55と放熱層23とがアルミニウムにより構成され、第1接地接続部材55のうち接地パターン50の2つの配線領域(第1接地領域501と第1接地延出領域531)と半田により接合される2つの延出部には、ニッケル(半田による接合を可能とするための材料)がめっきされている。
〔実施形態3による効果〕
実施形態3によるスイッチング電源装置10では、実施形態1によるスイッチング電源装置10により得られる効果と同様の効果を得ることができる。例えば、ハイサイドスイッチング素子11およびローサイドスイッチング素子12における熱の集中を緩和することができる。
(実施形態3の変形例1)
図12は、実施形態3の変形例1によるスイッチング電源装置10の構成を例示している。実施形態3の変形例1によるスイッチング電源装置10は、出力パターン30と電源パターン40と接地パターン50と接続部材200の構成とハイサイドトランジスタ110とローサイドトランジスタ120とキャパシタ130の配置が実施形態3によるスイッチング電源装置10と異なっている。
〈出力パターン〉
実施形態3の変形例1では、出力パターン30は、第1〜第3スイッチング部SWu〜SWwにそれぞれ対応する第1〜第3出力領域301〜303と、第1〜第3スイッチング部SWu〜SWwにそれぞれ対応する第4〜第6出力領域304〜306とを有している。第1〜第3出力領域301〜303は、第1方向Xに沿うように延伸するようにそれぞれ形成され、第1方向Xに間隔をおいて配置されている。これと同様に、第4〜第6出力領域304〜306は、第1方向Xに沿うように延伸するようにそれぞれ形成され、第1方向Xに間隔をおいて配置されている。また、第4〜第6出力領域304〜306は、第1方向Xと直交する第2方向Yにおいて第1〜第3出力領域301〜303と間隔をおいてそれぞれ対向するように配置されている。
また、第1出力領域301および第4出力領域304には、第1出力接続部材81が電気的に接続され、第2出力領域302および第5出力領域305には、第2出力接続部材82が電気的に接続され、第3出力領域303および第6出力領域306には、第3出力接続部材83が電気的に接続されている。なお、図12では、第1〜第3出力接続部材81〜83を二点鎖線で図示している。
〈電源パターン〉
また、実施形態3の変形例1では、電源パターン40は、第1電源領域401と、第2電源領域402と、電源連絡領域410と、第1電源接続領域431と、第2電源接続領域432と、第3電源接続領域433とを有している。
《電源領域》
第1電源領域401と第2電源領域402は、第1〜第3出力領域301〜303の延伸方向(第1方向X)に沿うようにそれぞれ延伸している。第1電源領域401は、第1〜第3出力領域301〜303の延伸方向と直交する方向(第2方向Y)において第1〜第3出力領域301〜303と所定の間隔を隔てて対向している。第2電源領域402は、第1〜第3出力領域301〜303の延伸方向と直交する方向(第2方向Y)において後述する第1接地領域501を間に挟んで第1電源領域401と対向するように配置されている。
《電源連絡領域》
電源連絡領域410は、第1〜第3出力領域301〜303の延伸方向(第1方向X)に延伸するように形成され、第1〜第3出力領域301〜303の延伸方向と直交する方向(第2方向Y)において第1〜第3出力領域301〜303を間に挟んで第1電源領域401と対向するように配置されている。この例では、電源連絡領域410は、基板20の短手方向の縁部(図12では下縁部)に配置されている。また、電源連絡領域410は、直流電源Pの一端(正極)に電気的に接続されている。
《電源接続領域》
第1電源接続領域431および第2電源接続領域432は、第1〜第3出力領域301〜303の延伸方向と直交する方向(第2方向Y)に延伸するように形成されている。第1電源接続領域431は、第1出力領域301と第2出力領域302との間に配置され、第2電源接続領域432は、第2出力領域302と第3出力領域303との間に配置されている。そして、第1電源接続領域431および第2電源接続領域432は、第1電源領域401と電源連絡領域410とを接続している。
第3電源接続領域433は、第2方向Yに延伸するように形成され、第1電源領域401と第2電源領域402とを接続している。この例では、第3電源接続領域433は、基板20の長手方向の縁部(図12では右縁部)に配置されている。
〈接地パターン〉
また、実施形態3の変形例1では、接地パターン50は、第1接地領域501と、第2接地領域502と、接地連絡領域510と、第1接地接続領域511と、第2接地接続領域512とを有している。
《接地領域》
第1接地領域501と第2接地領域502は、第4〜第6出力領域304〜306の延伸方向(第1方向X)に沿うようにそれぞれ延伸している。第2接地領域502は、第4〜第6出力領域304〜306の延伸方向と直交する方向(第2方向Y)において第4〜第6出力領域304〜306と所定の間隔を隔てて対向している。第1接地領域501は、第4〜第6出力領域304〜306の延伸方向と直交する方向(第2方向Y)において第2電源領域402を間に挟んで第2接地領域502と対向するように配置されている。
《接地連絡領域》
接地連絡領域510は、第4〜第6出力領域304〜306の延伸方向(第1方向X)に延伸するように形成され、第4〜第6出力領域304〜306の延伸方向と直交する方向(第2方向Y)において第4〜第6出力領域304〜306を間に挟んで第2接地領域502と対向するように配置されている。この例では、接地連絡領域510は、基板20の短手方向の縁部(図12では上縁部)に配置されている。また、接地連絡領域510は、直流電源Pの他端(負極)に電気的に接続されている。
《接地接続領域》
第1接地接続領域511と第2接地接続領域512は、第4〜第6出力領域304〜306の延伸方向と直交する方向(第2方向Y)に延伸するように形成されている。第1接地接続領域511は、第4出力領域304と第5出力領域305との間に配置され、第2接地接続領域512は、第5出力領域305と第6出力領域306との間に配置されている。そして、第1接地接続領域511および第2接地接続領域512は、第2接地領域502と接地連絡領域510とを接続している。
〈電源領域と接地領域の配置〉
実施形態3の変形例1では、実施形態3と同様に、複数の電源領域400と複数の接地領域500は、出力領域300の延伸方向と直交する方向において電源領域400と接地領域500とが所定の間隔を隔てて対向するように配置されている。
具体的には、基板20の短手方向の一端側から他端側(図12の例では下側から上側)へ向けて電源連絡領域410と第1〜第3出力領域301〜303と第1電源領域401と第1接地領域501と第2電源領域402と第2接地領域502と第4〜第6出力領域304〜306と接地連絡領域510とが順に並んでいる。そして、第1電源領域401は、第1接地領域501と所定の間隔を隔てて対向し、第2電源領域402は、第2接地領域502と所定の間隔を隔てて対向している。
〈ハイサイドスイッチング素子とハイサイドトランジスタ〉
また、実施形態3の変形例1では、実施形態3と同様に、基板20の導電層22に第1〜第3ハイサイドスイッチング素子11u〜11wが設けられ、第1〜第3ハイサイドスイッチング素子11u〜11wの各々が4つのハイサイドトランジスタ110によって構成されている。
そして、実施形態3の変形例1では、実施形態3と同様に、第1ハイサイドスイッチング素子11uを構成する4つのハイサイドトランジスタ110は、第1出力領域301の延伸方向に沿う第1方向Xに間隔をおいて配置され、第1電源領域401に面実装されて第1出力領域301に接続されている。第2ハイサイドスイッチング素子11vを構成する4つのハイサイドトランジスタ110は、第2出力領域302の延伸方向に沿う第1方向Xに間隔をおいて配置され、第1電源領域401に面実装されて第2出力領域302に接続されている。第3ハイサイドスイッチング素子11wを構成する4つのハイサイドトランジスタ110は、第3出力領域303の延伸方向に沿う第1方向Xに間隔をおいて配置され、第1電源領域401に面実装されて第3出力領域303に接続されている。
〈ローサイドスイッチング素子とローサイドトランジスタ〉
また、実施形態3の変形例1では、実施形態3と同様に、基板20の導電層22に第1〜第3ローサイドスイッチング素子12u〜12wが設けられ、第1〜第3ローサイドスイッチング素子12u〜12wの各々が4つのローサイドトランジスタ120によって構成されている。
なお、実施形態3の変形例1では、第1ローサイドスイッチング素子12uを構成する4つのローサイドトランジスタ120は、第4出力領域304の延伸方向に沿う第1方向Xに間隔をおいて配置され、第4出力領域304に面実装されて第2接地領域502に接続されている。第2ローサイドスイッチング素子12vを構成する4つのローサイドトランジスタ120は、第5出力領域305の延伸方向に沿う第1方向Xに間隔をおいて配置され、第5出力領域305に面実装されて第2接地領域502に接続されている。第3ローサイドスイッチング素子12wを構成する4つのローサイドトランジスタ120は、第6出力領域306の延伸方向に沿う第1方向Xに間隔をおいて配置され、第6出力領域306に面実装されて第2接地領域502に接続されている。
〈ハイサイドトランジスタとローサイドトランジスタの配置〉
実施形態3の変形例1では、1つのハイサイドスイッチング素子11を構成する複数のハイサイドトランジスタ110および1つのローサイドスイッチング素子12を構成する複数のローサイドトランジスタ120は、出力領域300の延伸方向と直交する方向(第2方向Y)においてハイサイドトランジスタ110とローサイドトランジスタ120とが後述するキャパシタ130を間に挟んで一対一で隣り合うように、出力領域300の延伸方向に沿う方向(第1方向X)に配置されている。
〈平滑容量部とキャパシタ〉
また、実施形態3の変形例1によるスイッチング電源装置10では、実施形態3と同様に、基板20の導電層22に平滑容量部13が設けられている。平滑容量部13は、複数のキャパシタ130によって構成されている。
実施形態3の変形例1では、実施形態3と同様に、複数のキャパシタ130は、複数のハイサイドトランジスタ110および複数のローサイドトランジスタ120にそれぞれ対応している。そして、複数のキャパシタ130の各々は、複数のハイサイドトランジスタ110および複数のローサイドトランジスタ120のうちそのキャパシタ130に対応するトランジスタと隣り合うように配置されている。別の言い方をすれば、複数のハイサイドトランジスタ110と複数のローサイドトランジスタ120と複数のキャパシタ130は、ハイサイドトランジスタ110とそのハイサイドトランジスタ110に対応するキャパシタ130との組とローサイドトランジスタ120とそのローサイドトランジスタ120に対応するキャパシタ130との組とが互いに隣り合うように配置されている。
この例では、1つのハイサイドスイッチング素子11を構成する複数のハイサイドトランジスタ110にそれぞれ対応する複数のキャパシタ130は、複数のハイサイドトランジスタ110の配列方向(出力領域300の延伸方向)と直交する方向(第2方向Y)において、1つのローサイドスイッチング素子12を構成する複数のローサイドトランジスタ120にそれぞれ対応する複数のキャパシタ130と一対一で隣り合っている。すなわち、この例では、基板20の短手方向の一端側から他端側(図12では下側から上側)へ向けてハイサイドトランジスタ110とハイサイドトランジスタ110に対応するキャパシタ130とローサイドトランジスタ120に対応するキャパシタ130とローサイドトランジスタ120とが順に並んでいる。
〈接続部材〉
実施形態3の変形例1では、実施形態3と同様に、接地パターン50は、第1および第2接地接続部材55,56(接続部材200)により電気的に接続される第1および第2接地領域501,502を有している。なお、図12では、第1および第2接地接続部材55,56を二点鎖線で図示している。第1および第2接地接続部材55,56は、第1接地領域501と第2接地領域502とを電気的に接続している。
〔実施形態3の変形例1による効果〕
実施形態3の変形例1によるスイッチング電源装置10では、実施形態3によるスイッチング電源装置10により得られる効果と同様の効果を得ることができる。例えば、ハイサイドスイッチング素子11およびローサイドスイッチング素子12における熱の集中を緩和することができる。
(実施形態3の変形例2)
図13は、実施形態3の変形例2によるスイッチング電源装置10の構成を例示している。実施形態3の変形例2によるスイッチング電源装置10は、出力パターン30と電源パターン40と接地パターン50と接続部材200の構成とハイサイドトランジスタ110とローサイドトランジスタ120とキャパシタ130の配置が実施形態3によるスイッチング電源装置10と異なっている。
〈出力パターン〉
実施形態3の変形例2では、出力パターン30は、第1〜第3スイッチング部SWu〜SWwにそれぞれ対応する第1〜第3出力領域301〜303と、第1〜第3スイッチング部SWu〜SWwにそれぞれ対応する第4〜第6出力領域304〜306とを有している。第1〜第3出力領域301〜303は、第1方向Xに沿うように延伸するようにそれぞれ形成され、第1方向Xに間隔をおいて配置されている。これと同様に、第4〜第6出力領域304〜306は、第1方向Xに沿うように延伸するようにそれぞれ形成され、第1方向Xに間隔をおいて配置されている。また、第4〜第6出力領域304〜306は、第1方向Xと直交する第2方向Yにおいて第1〜第3出力領域301〜303と間隔をおいてそれぞれ対向するように配置されている。
また、第1出力領域301および第4出力領域304には、第1出力接続部材81が電気的に接続され、第2出力領域302および第5出力領域305には、第2出力接続部材82が電気的に接続され、第3出力領域303および第6出力領域306には、第3出力接続部材83が電気的に接続されている。なお、図13では、第1〜第3出力接続部材81〜83を二点鎖線で図示している。
〈電源パターン〉
また、実施形態3の変形例2では、電源パターン40は、第1電源領域401と、第2電源領域402と、電源接続領域430とを有している。
《電源領域》
第1電源領域401と第2電源領域402は、第1〜第3出力領域301〜303の延伸方向(第1方向X)に沿うようにそれぞれ延伸している。第1電源領域401は、第1〜第3出力領域301〜303の延伸方向と直交する方向(第2方向Y)において第1〜第3出力領域301〜303と所定の間隔を隔てて対向している。第2電源領域402は、第1〜第3出力領域301〜303の延伸方向と直交する方向(第2方向Y)において第1〜第3出力領域301〜303を間に挟んで第1電源領域401と対向するように配置されている。また、第1電源領域401は、直流電源Pの一端(正極)に電気的に接続されている。
《電源接続領域》
電源接続領域430は、第2方向Yに延伸するように形成され、第1電源領域401と第2電源領域402とを接続している。この例では、電源接続領域430は、基板20の長手方向の縁部(図13では右縁部)に配置されている。
〈接地パターン〉
また、実施形態3の変形例2では、接地パターン50は、第1接地領域501と、第2接地領域502とを有している。
《接地領域》
第1接地領域501と第2接地領域502は、第4〜第6出力領域304〜306の延伸方向(第1方向X)に沿うようにそれぞれ延伸している。第2接地領域502は、第4〜第6出力領域304〜306の延伸方向と直交する方向(第2方向Y)において第4〜第6出力領域304〜306と所定の間隔を隔てて対向している。第1接地領域501は、第4〜第6出力領域304〜306の延伸方向と直交する方向(第2方向Y)において第1電源領域401と第1〜第3出力領域301〜303と第2電源領域402を間に挟んで第2接地領域502と対向するように配置されている。
〈電源領域と接地領域の配置〉
実施形態3の変形例2では、実施形態3と同様に、複数の電源領域400と複数の接地領域500は、出力領域300の延伸方向と直交する方向において電源領域400と接地領域500とが所定の間隔を隔てて対向するように配置されている。
具体的には、基板20の短手方向の一端側から他端側(図13の例では下側から上側)へ向けて第1接地領域501と第1電源領域401と第1〜第3出力領域301〜303と第2電源領域402と第2接地領域502と第4〜第6出力領域304〜306とが順に並んでいる。そして、第1電源領域401は、第1接地領域501と所定の間隔を隔てて対向し、第2電源領域402は、第2接地領域502と所定の間隔を隔てて対向している。
〈ハイサイドスイッチング素子とハイサイドトランジスタ〉
また、実施形態3の変形例2では、実施形態3と同様に、基板20の導電層22に第1〜第3ハイサイドスイッチング素子11u〜11wが設けられ、第1〜第3ハイサイドスイッチング素子11u〜11wの各々が4つのハイサイドトランジスタ110によって構成されている。
そして、実施形態3の変形例2では、実施形態3と同様に、第1ハイサイドスイッチング素子11uを構成する4つのハイサイドトランジスタ110は、第1出力領域301の延伸方向に沿う第1方向Xに間隔をおいて配置され、第1電源領域401に面実装されて第1出力領域301に接続されている。第2ハイサイドスイッチング素子11vを構成する4つのハイサイドトランジスタ110は、第2出力領域302の延伸方向に沿う第1方向Xに間隔をおいて配置され、第1電源領域401に面実装されて第2出力領域302に接続されている。第3ハイサイドスイッチング素子11wを構成する4つのハイサイドトランジスタ110は、第3出力領域303の延伸方向に沿う第1方向Xに間隔をおいて配置され、第1電源領域401に面実装されて第3出力領域303に接続されている。
〈ローサイドスイッチング素子とローサイドトランジスタ〉
また、実施形態3の変形例2では、実施形態3と同様に、基板20の導電層22に第1〜第3ローサイドスイッチング素子12u〜12wが設けられ、第1〜第3ローサイドスイッチング素子12u〜12wの各々が4つのローサイドトランジスタ120によって構成されている。
なお、実施形態3の変形例2では、第1ローサイドスイッチング素子12uを構成する4つのローサイドトランジスタ120は、第4出力領域304の延伸方向に沿う第1方向Xに間隔をおいて配置され、第4出力領域304に面実装されて第2接地領域502に接続されている。第2ローサイドスイッチング素子12vを構成する4つのローサイドトランジスタ120は、第5出力領域305の延伸方向に沿う第1方向Xに間隔をおいて配置され、第5出力領域305に面実装されて第2接地領域502に接続されている。第3ローサイドスイッチング素子12wを構成する4つのローサイドトランジスタ120は、第6出力領域306の延伸方向に沿う第1方向Xに間隔をおいて配置され、第6出力領域306に面実装されて第2接地領域502に接続されている。
〈ハイサイドトランジスタとローサイドトランジスタの配置〉
実施形態3の変形例2では、1つのハイサイドスイッチング素子11を構成する複数のハイサイドトランジスタ110および1つのローサイドスイッチング素子12を構成する複数のローサイドトランジスタ120は、出力領域300の延伸方向と直交する方向(第2方向Y)においてハイサイドトランジスタ110とローサイドトランジスタ120とが後述するキャパシタ130を間に挟んで一対一で隣り合うように、出力領域300の延伸方向に沿う方向(第1方向X)に配置されている。
〈平滑容量部とキャパシタ〉
また、実施形態3の変形例2によるスイッチング電源装置10では、実施形態3と同様に、基板20の導電層22に平滑容量部13が設けられている。平滑容量部13は、複数のキャパシタ130によって構成されている。
実施形態3の変形例2では、実施形態3と同様に、複数のキャパシタ130は、複数のハイサイドトランジスタ110および複数のローサイドトランジスタ120にそれぞれ対応している。そして、複数のキャパシタ130の各々は、複数のハイサイドトランジスタ110および複数のローサイドトランジスタ120のうちそのキャパシタ130に対応するトランジスタと隣り合うように配置されている。別の言い方をすれば、複数のハイサイドトランジスタ110と複数のローサイドトランジスタ120と複数のキャパシタ130は、ハイサイドトランジスタ110とそのハイサイドトランジスタ110に対応するキャパシタ130との組とローサイドトランジスタ120とそのローサイドトランジスタ120に対応するキャパシタ130との組とが互いに隣り合うように配置されている。
この例では、1つのハイサイドスイッチング素子11を構成する複数のハイサイドトランジスタ110にそれぞれ対応する複数のキャパシタ130は、複数のハイサイドトランジスタ110の配列方向(出力領域300の延伸方向)と直交する方向(第2方向Y)において、1つのローサイドスイッチング素子12を構成する複数のローサイドトランジスタ120と一対一で隣り合っている。すなわち、この例では、基板20の短手方向の一端側から他端側(図13では下側から上側)へ向けてハイサイドトランジスタ110に対応するキャパシタ130とハイサイドトランジスタ110とローサイドトランジスタ120に対応するキャパシタ130とローサイドトランジスタ120とが順に並んでいる。
〈接続部材〉
実施形態3の変形例2では、実施形態3と同様に、接地パターン50は、第1および第2接地接続部材55,56(接続部材200)により電気的に接続される第1および第2接地領域501,502を有している。なお、図13では、第1および第2接地接続部材55,56を二点鎖線で図示している。第1および第2接地接続部材55,56は、第1接地領域501と第2接地領域502とを電気的に接続している。
〔実施形態3の変形例2による効果〕
実施形態3の変形例2によるスイッチング電源装置10では、実施形態3によるスイッチング電源装置10により得られる効果と同様の効果を得ることができる。例えば、ハイサイドスイッチング素子11およびローサイドスイッチング素子12における熱の集中を緩和することができる。
(実施形態3の変形例3)
図14は、実施形態3の変形例3によるスイッチング電源装置10の構成を例示している。実施形態3の変形例2によるスイッチング電源装置10は、電源パターン40の構成が実施形態3によるスイッチング電源装置10と異なっている。
〈電源パターン〉
実施形態3の変形例3では、電源パターン40は、図11に示した電源接続領域430に代えて、第1電源接続領域431と第2電源接続領域432とを有している。
《電源接続領域》
第1電源接続領域431と第2電源接続領域432は、第2方向Yに延伸するように形成され、第1電源領域401と第2電源領域402とを接続している。この例では、第1電源接続領域431は、基板20の長手方向の一方の縁部(図14では右縁部)に配置され、第2電源接続領域432は、基板20の長手方向の他方の縁部(図14では左縁部)に配置されている。この例では、第1電源領域401と第2電源領域402と第1電源接続領域431と第2電源接続領域432とが接続されることで、途切れのない環状経路が形成されている。すなわち、この例では、電源パターン40は、途切れのない環状経路を有している。
〔実施形態3の変形例3による効果〕
実施形態3の変形例3によるスイッチング電源装置10では、実施形態3によるスイッチング電源装置10により得られる効果と同様の効果を得ることができる。例えば、ハイサイドスイッチング素子11およびローサイドスイッチング素子12における熱の集中を緩和することができる。
また、実施形態3の変形例3によるスイッチング電源装置10では、電源パターン40が途切れのない環状経路を有している。このような構成により、電源パターン40に設けられた部品(例えばハイサイドトランジスタ110やキャパシタ130など)の間における電流経路(最短の電流経路)の選択自由度を向上させることができる。これにより、これらの部品間の電流経路を短縮することができるので、これらの部品間の電流経路の寄生インダクタンスを低減することができる。したがって、スイッチング電源装置10を構成する部品に印加されるサージ電圧(例えばスイッチング素子のスイッチング動作に起因するサージ電圧)を低減することができる。
なお、実施形態3の変形例2によるスイッチング電源装置10において、接地パターン50が途切れのない環状経路を有していてもよい。すなわち、電源パターン40および接地パターン50のうち少なくとも一方のパターンが途切れのない環状経路を有していてもよい。
(その他の実施形態)
また、以上の説明では、接続部材200がバスバー(板状に形成された導体)によって構成されている場合を例に挙げたが、これに限らず、接続部材200は、例えば、金属導線によって構成されていてもよい。
また、以上の説明では、接続部材200を構成する材料が放熱層23を構成する材料と同種となっている場合を例に挙げたが、接続部材200を構成する材料は、放熱層23を構成する材料とは異なる種類の材料であってもよい。
また、以上の説明では、平滑容量部13を構成するキャパシタ130の個数が基板20に実装されたハイサイドトランジスタ110およびローサイドトランジスタ120の総数と同数である場合を例に挙げたが、これに限らず、平滑容量部13を構成するキャパシタ130の個数は、基板20に実装されたハイサイドトランジスタ110およびローサイドトランジスタ120の総数と異なる数であってもよい。
また、以上の実施形態および変形例を適宜組み合わせて実施してもよい。以上の実施形態および変形例は、本質的に好ましい例示であって、この発明、その適用物、あるいはその用途の範囲を制限することを意図するものではない。
以上説明したように、この開示は、スイッチング電源装置として有用である。
10 スイッチング電源装置
11 ハイサイドスイッチング素子
12 ローサイドスイッチング素子
110 ハイサイドトランジスタ
120 ローサイドトランジスタ
130 キャパシタ
13 平滑容量部
20 基板
21 絶縁層
22 導電層
23 放熱層
24 放熱部材
25 固定ネジ
26 半田部
27 ナット
28 ボルト
200 接続部材
201 本体部
202 延出部
30 出力パターン
301〜306 出力領域
40 電源パターン
401〜406 電源領域
41〜43 電源接続部材
50 接地パターン
501〜509 接地領域
51 接地接続部材

Claims (14)

  1. 直列に接続されたハイサイドスイッチング素子およびローサイドスイッチング素子を有するスイッチング電源装置であって、
    絶縁層と、前記絶縁層の一方面に設けられた導電層とを有する基板と、
    前記導電層に設けられ、並列に接続されて前記ハイサイドスイッチング素子を構成する複数のハイサイドトランジスタと、
    前記導電層に設けられ、並列に接続されて前記ローサイドスイッチング素子を構成する複数のローサイドトランジスタとを備え、
    前記複数のハイサイドトランジスタおよび前記複数のローサイドトランジスタは、前記ハイサイドトランジスタと前記ローサイドトランジスタとが一対一で隣り合うように配置されている
    スイッチング電源装置。
  2. 請求項1において、
    前記導電層に設けられた平滑容量部をさらに備えている
    スイッチング電源装置。
  3. 請求項2において、
    前記平滑容量部は、前記導電層に設けられて前記複数のハイサイドトランジスタおよび前記複数のローサイドトランジスタにそれぞれ対応する複数のキャパシタを有し、
    前記複数のキャパシタの各々は、前記複数のハイサイドトランジスタおよび前記複数のローサイドトランジスタのうち前記キャパシタに対応するトランジスタと隣り合うように配置されている
    スイッチング電源装置。
  4. 請求項3において、
    前記複数のハイサイドトランジスタおよび前記複数のローサイドトランジスタは、第1方向において前記ハイサイドトランジスタと前記ローサイドトランジスタとが一対一で隣り合うように前記第1方向に配置され、
    前記複数のキャパシタの各々は、前記第1方向と直交する第2方向において前記複数のハイサイドトランジスタおよび前記複数のローサイドトランジスタのうち前記キャパシタに対応するトランジスタと隣り合うように配置されている
    スイッチング電源装置。
  5. 請求項3において、
    前記複数のハイサイドトランジスタと前記複数のローサイドトランジスタと前記複数のキャパシタは、前記ハイサイドトランジスタと前記ハイサイドトランジスタに対応するキャパシタとの組と前記ローサイドトランジスタと前記ローサイドトランジスタに対応するキャパシタとの組とが互いに隣り合うように配置されている
    スイッチング電源装置。
  6. 請求項1〜5のいずれか1項において、
    前記導電層には、出力パターンと電源パターンと接地パターンとが形成され、
    前記複数のハイサイドトランジスタは、前記出力パターンと前記電源パターンとに電気的に接続され、
    前記複数のローサイドトランジスタは、前記出力パターンと前記接地パターンとに電気的に接続され、
    前記電源パターンおよび前記接地パターンのうち少なくとも一方のパターンは、接続部材により電気的に接続される複数の配線領域を有している
    スイッチング電源装置。
  7. 請求項6において、
    前記接続部材は、板状に形成された導体により構成されている
    スイッチング電源装置。
  8. 請求項7において、
    前記基板は、前記絶縁層と、前記導電層と、前記絶縁層の他方面に設けられた放熱層とを有し、
    前記接続部材を構成する材料は、前記放熱層を構成する材料と同種となっている
    スイッチング電源装置。
  9. 請求項7または8において、
    前記接続部材は、前記複数の配線領域に半田により接合されている
    スイッチング電源装置。
  10. 請求項7において、
    前記基板は、前記絶縁層と、前記導電層と、前記絶縁層の他方面に設けられた放熱層とを有し、
    前記接続部材は、板状に形成されて前記導電層と間隔をおいて対向する本体部と、前記本体部から前記複数の配線領域のいずれか1つへ向けて延出する延出部とを有し、
    前記基板には、前記絶縁層を貫通する第1貫通孔と、前記複数の配線領域のいずれか1つを貫通して前記第1貫通孔と連通する第2貫通孔と、前記放熱層を貫通して前記第1貫通孔と連通する第3貫通孔とが設けられ、
    前記接続部材の延出部は、前記第1貫通孔と前記第2貫通孔と前記第3貫通孔とに挿入された状態で前記複数の配線領域のうち前記第2貫通孔が設けられた配線領域に半田により接合され、
    前記第1貫通孔と前記第2貫通孔と前記第3貫通孔とに挿入された前記接続部材の延出部と前記第3貫通孔の内壁との接触が回避されるように、前記第3貫通孔の開口面積は、前記第1貫通孔の開口面積よりも大きくなっている
    スイッチング電源装置。
  11. 請求項9または10において、
    前記接続部材のうち前記複数の配線領域と半田により接合される部分には、半田による接合を可能とするためのめっき処理が施されている
    スイッチング電源装置。
  12. 請求項7または8において、
    前記複数の配線領域のいずれか1つに半田により接合されるナットと、
    前記接続部材を貫通して前記ナットに締結されるボルトとをさらに備えている
    スイッチング電源装置。
  13. 請求項1において、
    前記導電層には、出力パターンと電源パターンと接地パターンとが形成され、
    前記複数のハイサイドトランジスタは、前記出力パターンと前記電源パターンとに電気的に接続され、
    前記複数のローサイドトランジスタは、前記出力パターンと前記接地パターンとに電気的に接続され、
    前記電源パターンおよび前記接地パターンのうち少なくとも一方のパターンは、途切れのない環状経路を有している
    スイッチング電源装置。
  14. 直列に接続されたハイサイドスイッチング素子およびローサイドスイッチング素子を有するスイッチング電源装置であって、
    絶縁層と、前記絶縁層の一方面に設けられた導電層とを有する基板と、
    前記導電層に設けられ、並列に接続されて前記ハイサイドスイッチング素子を構成するハイサイドトランジスタと、
    前記導電層に設けられ、並列に接続されて前記ローサイドスイッチング素子を構成するローサイドトランジスタと、
    前記導電層に設けられた平滑容量部とを備え、
    前記平滑容量部は、前記導電層に設けられて前記ハイサイドトランジスタおよび前記ローサイドトランジスタにそれぞれ対応する複数のキャパシタを有し、
    前記ハイサイドトランジスタと前記ローサイドトランジスタと前記複数のキャパシタは、前記ハイサイドトランジスタと前記ハイサイドトランジスタに対応するキャパシタとの組と前記ローサイドトランジスタと前記ローサイドトランジスタに対応するキャパシタとの組とが互いに隣り合うように配置されている
    スイッチング電源装置。
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