JP6206338B2 - Switching module - Google Patents
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Description
本発明は、高電位側半導体スイッチ及び低電位側半導体スイッチの直列接続体と、前記直列接続体に並列接続されたコンデンサとを備えるスイッチングモジュールに関する。 The present invention relates to a switching module including a series connection body of a high potential side semiconductor switch and a low potential side semiconductor switch, and a capacitor connected in parallel to the series connection body.
従来、下記特許文献1に見られるように、一対の半導体スイッチ(IGBT)の直列接続体と、この直列接続体に導体(バスバー)を介して並列接続されたサージ電圧吸収用コンデンサとを備える電力変換装置が知られている。詳しくは、この装置では、上記コンデンサの接続端子を半導体スイッチの端子位置の直近としている。こうした構成により、半導体スイッチ及びコンデンサより構成されるループ状回路の寄生インダクタンスを低減している。これにより、半導体スイッチのスイッチング時に半導体スイッチの両端に印加されるサージ電圧を定格電圧以下にしている。 Conventionally, as can be seen in Patent Document 1 below, electric power including a series connection body of a pair of semiconductor switches (IGBT) and a surge voltage absorbing capacitor connected in parallel to the series connection body via a conductor (bus bar) Conversion devices are known. Specifically, in this apparatus, the connection terminal of the capacitor is set close to the terminal position of the semiconductor switch. With such a configuration, the parasitic inductance of the loop circuit composed of the semiconductor switch and the capacitor is reduced. Thereby, the surge voltage applied to both ends of the semiconductor switch at the time of switching of the semiconductor switch is made lower than the rated voltage.
ここで、上記特許文献1に記載された構成では、半導体スイッチとコンデンサとをバスバーによって接続している。バスバーのインダクタンスが大きいことから、上記特許文献1に記載された構成では、ループ状回路の寄生インダクタンスを十分に低減できない懸念がある。この場合、半導体スイッチのスイッチング周波数を高めることができない懸念がある。 Here, in the configuration described in Patent Document 1, the semiconductor switch and the capacitor are connected by a bus bar. Since the inductance of the bus bar is large, there is a concern that the configuration described in Patent Document 1 cannot sufficiently reduce the parasitic inductance of the loop circuit. In this case, there is a concern that the switching frequency of the semiconductor switch cannot be increased.
本発明は、上記課題を解決するためになされたものであり、その目的は、高電位側半導体スイッチ及び低電位側半導体スイッチの直列接続体と、上記直列接続体に並列接続されたコンデンサとを備え、上記直列接続体及びコンデンサを含む閉ループの寄生インダクタンスを低減できるスイッチングモジュールを提供することにある。 The present invention has been made in order to solve the above-described problems, and an object thereof is to provide a series connection body of a high potential side semiconductor switch and a low potential side semiconductor switch, and a capacitor connected in parallel to the series connection body. And providing a switching module capable of reducing a closed-loop parasitic inductance including the series connection body and the capacitor.
上記目的を達成すべく、本発明は、第1電極及び第2電極を有する半導体チップで構成され、前記第1電極及び前記第2電極の間の電流流通経路を開閉する高電位側半導体スイッチ(Swp)、並びに第3電極及び第4電極を有する半導体チップで構成され、前記第3電極及び前記第4電極の間の電流流通経路を開閉する低電位側半導体スイッチ(Swn)の直列接続体と、前記直列接続体に並列接続されたコンデンサ(12)と、前記第1電極と前記コンデンサの第1端とを接続する高電位側配線(14H)と、前記第4電極と前記コンデンサの第2端とを接続する低電位側配線(14L)と、前記第2電極と前記第3電極とを接続する中間配線(14M)と、を備えている。こうした構成を前提として、前記高電位側半導体スイッチ、前記低電位側半導体スイッチ、前記コンデンサ、前記高電位側配線、前記低電位側配線、及び前記中間配線は、絶縁体(20)を用いて一体形成されることにより、多層構造のモジュール(10)とされ、前記高電位側配線及び前記低電位側配線のそれぞれは、前記モジュールにおいて前記中間配線が設けられる層とは異なる層であって、前記モジュールの積層方向において前記中間配線が設けられる層から同一方向に離れた層に互いに離間して設けられ、前記高電位側半導体スイッチ及び前記低電位側半導体スイッチのそれぞれは、前記モジュールにおいて、前記高電位側配線及び前記低電位側配線のそれぞれと前記中間配線とで挟まれた層に互いに離間して設けられ、前記コンデンサは、前記高電位側配線及び前記低電位側配線のそれぞれと前記中間配線とで挟まれた内層において、前記高電位側半導体スイッチと前記低電位側半導体スイッチとの間に設けられていることを特徴とする。 In order to achieve the above object, the present invention is a high-potential-side semiconductor switch comprising a semiconductor chip having a first electrode and a second electrode, which opens and closes a current flow path between the first electrode and the second electrode. Swp), and a series connection body of low-potential side semiconductor switches (Swn), which is composed of a semiconductor chip having a third electrode and a fourth electrode, and opens and closes a current flow path between the third electrode and the fourth electrode. , A capacitor (12) connected in parallel to the series connection body, a high potential side wiring (14H) connecting the first electrode and the first end of the capacitor, a fourth electrode and a second of the capacitor A low-potential-side wiring (14L) that connects the ends, and an intermediate wiring (14M) that connects the second electrode and the third electrode. Based on such a configuration, the high potential side semiconductor switch, the low potential side semiconductor switch, the capacitor, the high potential side wiring, the low potential side wiring, and the intermediate wiring are integrated using an insulator (20). By forming the module (10) having a multilayer structure, each of the high potential side wiring and the low potential side wiring is a layer different from a layer in which the intermediate wiring is provided in the module, The high potential side semiconductor switch and the low potential side semiconductor switch are provided in the module in the module stacking direction so as to be separated from each other in layers separated in the same direction from the layer in which the intermediate wiring is provided. Provided on a layer sandwiched between each of the potential-side wiring and the low-potential-side wiring and the intermediate wiring and spaced apart from each other. A sensor is provided between the high potential side semiconductor switch and the low potential side semiconductor switch in an inner layer sandwiched between the high potential side wiring and the low potential side wiring and the intermediate wiring. It is characterized by.
上記発明では、高電位側半導体スイッチ、低電位側半導体スイッチ、コンデンサ、高電位側配線、低電位側配線及び中間配線が絶縁体を用いて一体形成されることにより、これら部材がモジュール化されている。こうした構成において、上記発明では、高電位側配線及び低電位側配線のそれぞれと中間配線とで挟まれた内層において、高電位側半導体スイッチと低電位側半導体スイッチとの間をコンデンサの設置位置としている。 In the above invention, the high-potential side semiconductor switch, the low-potential side semiconductor switch, the capacitor, the high-potential side wiring, the low-potential side wiring, and the intermediate wiring are integrally formed using an insulator, so that these members are modularized. Yes. In such a configuration, in the above invention, the capacitor is placed between the high potential side semiconductor switch and the low potential side semiconductor switch in the inner layer sandwiched between the high potential side wiring and the low potential side wiring and the intermediate wiring. Yes.
こうした位置にコンデンサを設けることにより、コンデンサをモジュールの外表面に設ける構成と比較して、モジュールの積層方向において中間配線とコンデンサとを近づけることができる。このため、高電位側半導体スイッチ、中間配線、低電位側半導体スイッチ、低電位側配線、コンデンサ及び高電位側配線を含む閉ループを小さくすることでき、ひいては閉ループの寄生インダクタンスを低減することができる。また、中間配線に流れる電流方向と、コンデンサの電流流通方向とが逆であることから、中間配線とコンデンサとを近づけることにより、磁束の打消し効果を得ることもできる。この効果も寄生インダクタンスの低減に寄与している。このように、上記発明によれば、閉ループの寄生インダクタンスを低減することができ、ひいては半導体スイッチのスイッチング周波数を高めることができる。 By providing the capacitor at such a position, it is possible to bring the intermediate wiring and the capacitor closer in the stacking direction of the module as compared with a configuration in which the capacitor is provided on the outer surface of the module. For this reason, the closed loop including the high potential side semiconductor switch, the intermediate wiring, the low potential side semiconductor switch, the low potential side wiring, the capacitor, and the high potential side wiring can be reduced, and the parasitic inductance of the closed loop can be reduced. Further, since the direction of current flowing through the intermediate wiring is opposite to the direction of current flow through the capacitor, it is possible to obtain a magnetic flux canceling effect by bringing the intermediate wiring and the capacitor closer to each other. This effect also contributes to the reduction of parasitic inductance. Thus, according to the above invention, the parasitic inductance of the closed loop can be reduced, and consequently the switching frequency of the semiconductor switch can be increased.
(第1実施形態)
以下、本発明にかかるスイッチングモジュールを具体化した第1実施形態について、図面を参照しつつ説明する。
(First embodiment)
Hereinafter, a first embodiment of a switching module according to the present invention will be described with reference to the drawings.
図1に示すように、モジュール10は、高電位側チップSwp、低電位側チップSwn及び第1コンデンサ12を備えている。各チップSwp,Swnは、ベアチップであり、半導体スイッチを含む。各チップSwp,Swnは、ハーフブリッジを構成する。本実施形態では、スイッチとして、電圧制御形の半導体スイッチング素子を用いており、具体的には、NチャネルMOSFETを用いている。なお、スイッチには、ダイオードFDp,FDn(例えば、ボディダイオード)が逆並列に接続されている。本実施形態では、各ダイオードFDp,FDnも、各チップSwp,Swnに含まれているものとする。
As shown in FIG. 1, the
高電位側チップSwpのドレイン(第1電極)には、高電位側配線14Hが接続されている。高電位側チップSwpのソース(第2電極)と、低電位側チップSwnのドレイン(第3電極)とは、中間配線14Mによって接続されている。低電位側チップSwnのソース(第4電極)には、低電位側配線14Lが接続されている。第1コンデンサ12の第1端には、高電位側配線14Hが接続され、第1コンデンサ12の第2端には、低電位側配線14Lが接続されている。第1コンデンサ12としては、例えばチップコンデンサを用いることができる。高電位側配線14Hには、P端子TPが接続され、低電位側配線14Lには、N端子TNが接続されている。中間配線14Mには、出力端子TOが接続されている。
The high
ここで、本実施形態では、モジュール10により、電力変換回路としての非絶縁型のDC/DCコンバータが構成されている。詳しくは、P端子TPには、図示しない直流電源(例えば、バッテリ)の正極端子が接続され、N端子TNには、直流電源の負極端子が接続されている。出力端子TOには、降圧用の図示しないリアクトルの第1端が接続され、リアクトルの第2端には、図示しない出力負荷の正極端子が接続されている。出力負荷の負極端子には、N端子TNが接続されている。また、出力負荷には、出力平滑用の図示しないコンデンサが並列接続されている。
Here, in the present embodiment, the
P端子TPには、さらに、第2,第3コンデンサ16,18の第1端が接続されている。N端子TNには、さらに、第2,第3コンデンサ16,18の第2端が接続されている。第1,第2コンデンサ12,16は、サージ電圧を吸収するスナバコンデンサとして設けられている。第3コンデンサ18は、P端子TP及びN端子TNの間の入力電圧を平滑化する平滑コンデンサとして設けられている。第1コンデンサ12の静電容量C1は、第2コンデンサ16の静電容量C2よりも小さく設定されている。このため、第1コンデンサ12の体格は、第2コンデンサ16の体格よりも小さい。また、第2コンデンサ16の静電容量C2は、第3コンデンサ18の静電容量C3よりも小さく設定されている。このため、第2コンデンサ16の体格は、第3コンデンサ18の体格よりも小さい。
The P terminal TP is further connected to first ends of second and
なお、本実施形態では、第1コンデンサ12、高電位側配線14H、高電位側チップSwp、中間配線14M、低電位側チップSwn、及び低電位側配線14Lを含む閉ループを第1閉ループと称すこととする。また、第2コンデンサ16、高電位側配線14H、高電位側チップSwp、中間配線14M、低電位側チップSwn、及び低電位側配線14Lを含む閉ループを第2閉ループと称すこととする。さらに、第3コンデンサ18、高電位側配線14H、高電位側チップSwp、中間配線14M、低電位側チップSwn、及び低電位側配線14Lを含む閉ループを第3閉ループと称すこととする。
In the present embodiment, the closed loop including the
ちなみに、図1には、第1閉ループの寄生インダクタンスを「L1」にて示した。また、第2閉ループのうち第1閉ループを含まない電気経路の寄生インダクタンスを「L2」にて示した。さらに、第3閉ループのうち第2閉ループを含まない電気経路の寄生インダクタンスを「L3」にて示した。 Incidentally, in FIG. 1, the parasitic inductance of the first closed loop is indicated by “L1”. Further, the parasitic inductance of the electric path that does not include the first closed loop among the second closed loops is indicated by “L2”. Furthermore, the parasitic inductance of the electrical path that does not include the second closed loop of the third closed loop is indicated by “L3”.
図2に、DC/DCコンバータを構成するモジュール10の回路基板への実装部分の断面図を示す。
FIG. 2 shows a cross-sectional view of a portion where the
DC/DCコンバータは、各チップSwp,Swnを内蔵したモジュール10と、回路基板40(例えばプリント基板)とを備えている。本実施形態では、高電位側チップSwp、低電位側チップSwn、第1コンデンサ12、高電位側配線14H、低電位側配線14L、及び中間配線14Mは、絶縁体20を用いて一体形成されることにより、多層基板とされている。図2では、多層基板として、3層のものを例示した。なお、多層基板は、例えば、銅箔からなるパターンとして形成された各配線14H,14L,14Lと、絶縁体20としての基材(例えば、熱可塑性樹脂フィルム)とを積層したものを、熱プレスによって一体化して形成することができる。こうした一体化手法としては、例えば、PALAP(登録商標)が挙げられる。
The DC / DC converter includes a
高電位側チップSwpと低電位側チップSwnとは、モジュール10の外表面に露出することなく、モジュール10の同一の内層に設けられている。詳しくは、高電位側チップSwpと低電位側チップSwnとは、これらチップが設けられた層において、絶縁体20によって互いに電気的に絶縁されて配置されている。ここで、各チップSwp,Swnは、いずれも縦型のデバイスである。このため、各チップSwp,Swnの1の面にソース及びゲートが形成され、この面とは反対側の面にドレインが形成されている。
The high potential side chip Swp and the low potential side chip Swn are provided in the same inner layer of the
高電位側チップSwpのうちドレインが形成されている面には、第1ビア導体22を介して高電位側配線14Hが接続されている。高電位側チップSwpのうちソースが形成されている面には、第2ビア導体24を介して中間配線14Mが接続されている。一方、低電位側チップSwnのうちソースが形成されている面には、第3ビア導体26を介して低電位側配線14Lが接続されている。低電位側チップSwnのうちドレインが形成されている面には、第4ビア導体28を介して中間配線14Mが接続されている。第1,第3ビア導体22,26は、同一層に形成され、第2,第4ビア導体24,28は、同一層に形成されている。
A high potential side wiring 14 </ b> H is connected to the surface of the high potential side chip Swp on which the drain is formed via the first via
高電位側配線14H及び低電位側配線14Lのそれぞれは、中間配線14Mが設けられる層とは異なる層であって、積層方向において中間配線14Mが設けられる層から回路基板40へと向かう方向に離れた層に、絶縁体20によって互いに離間して設けられている。本実施形態において、高電位側配線14Hと低電位側配線14Lとは、モジュール10の外表面に形成されている。高電位側チップSwp及び低電位側チップSwnのそれぞれは、モジュール10において、高電位側配線14H及び低電位側配線14Lのそれぞれと中間配線14Mとで挟まれた層に互いに離間して設けられている。高電位側配線14Hには、第5ビア導体30を介して第1コンデンサ12の第1端が接続されている。第1コンデンサ12の第2端には、第6ビア導体32を介して低電位側配線14Lが接続されている。本実施形態において、第1コンデンサ12は、各チップSwp,Swnと同一層に形成されている。また、第5,第6ビア導体30,32は、第1,第3ビア導体22,26と同一層に、第1,第3ビア導体22,26に挟まれた形で形成されている。
Each of the high
モジュール10は、回路基板40に実装されている。回路基板40には、円形状のメイン貫通孔42が形成されている。これにより、回路基板40には、空間部44が形成されている。モジュール10は、低電位側配線14L及び高電位側配線14Hが回路基板40に対向するように実装されている。以下、回路基板40のうち、モジュール10の実装面を第1面と称し、第1面の裏面を第2面と称すこととする。
The
高電位側配線14H及び低電位側配線14Lのそれぞれは、回路基板40のメイン貫通孔42付近において、一部が回路基板40とモジュール10との接合面から露出した形で設けられている。高電位側配線14Hの露出部分には、第2コンデンサ16の第1端が接続され、低電位側配線14Lの露出部分に第2コンデンサ16の第2端が接続されている。第2コンデンサ16は、モジュール10の積層方向における一対の外表面のうち、高電位側配線14H及び低電位側配線14Lが露出している方の外表面に設けられている。図2には、第2コンデンサ16の第1端,第2端が各配線14H,14Lにはんだ付けされている様子を示した。
Each of the high potential side wiring 14 </ b> H and the low potential side wiring 14 </ b> L is provided in the vicinity of the main through
中間配線14Mには、モジュール10の全層(3層)にまたがる第7ビア導体34と、モジュール10の外表面にパターン形成された第1配線36と、回路基板40の第1面に設けられた第1導体38とを介して出力端子TOに接続されている。第7ビア導体34は、モジュール10の層が延びる方向において、高電位側チップSwpよりも外側に形成されている。出力端子TOは、回路基板40の第1面に形成されている。
The intermediate wiring 14 </ b> M is provided on the first surface of the
回路基板40には、メイン貫通孔42を挟むように、第1貫通孔46と第2貫通孔48とが形成されている。各貫通孔46,48内には、第2,第3導体50,52(「第1,第2導電部材」に相当)が充填されている。高電位側配線14Hには、モジュール10及び回路基板40に挟まれた第4導体54と、回路基板40の第1面にパターン形成された第2配線56と、第2導体50とを介して、回路基板40の第2面に形成されたP端子TPに接続されている。低電位側配線14Lには、モジュール10及び回路基板40に挟まれた第5導体58と、回路基板40の第1面にパターン形成された第3配線60と、第3導体52とを介して、回路基板40の第2面に形成されたN端子TNが接続されている。各端子TP,TNは、メイン貫通孔42を挟んで形成されている。
A first through
回路基板40の第2面において、P端子TPには、第3コンデンサ18の第1端が接続され、N端子TNには、第3コンデンサ18の第2端が接続されている。なお、図2には、第3コンデンサ18の第1端,第2端が各端子TP,TNにはんだ付けされている様子を示した。
On the second surface of the
モジュール10の積層方向における一対の外表面のうち回路基板40の第1面に対向する外表面とは反対側の外表面には、絶縁層62を介して放熱器64が設けられている。放熱器64は、モジュール10で生じた熱を外部に放出する機能を有する。なお、絶縁層62としては、熱伝導率が高いものを用いることが望ましく、例えばセラミックや絶縁フィルムを用いればよい。
A
図3に、図2の3−3線断面図を示す。図3では、第1配線36、高電位側配線14H、及び低電位側配線14Lのそれぞれをモジュール10の断面に投影したものを破線にて示している。これら破線のそれぞれは、その内部全てがパターン形成されていることを示している。また、第1ビア導体22及び第3ビア導体26のそれぞれをモジュール10の断面に投影したものも破線にて示した。なお、図3では、各チップSwp,Swnのゲートの記載を省略している。ちなみに、本実施形態では、中間配線14Mをモジュール10の断面に投影したものが各配線14H,14L及び第1配線36を含むように中間配線14Mが形成されている。
FIG. 3 is a sectional view taken along line 3-3 in FIG. In FIG. 3, each of the
図示されるように、本実施形態では、高電位側チップSwpと低電位側チップSwnとの間に、複数のコンデンサが一列に配置されている。各コンデンサの第1端には、高電位側配線14Hが接続され、各コンデンサの第2端には、低電位側配線14Lが接続されている。すなわち、これらコンデンサが互いに並列接続されることにより、第1コンデンサ12が構成されている。なお、本実施形態において、第7ビア導体34は、第1コンデンサ12を構成する複数のコンデンサが並ぶ方向に複数形成されている。
As illustrated, in the present embodiment, a plurality of capacitors are arranged in a row between the high potential side chip Swp and the low potential side chip Swn. A high
以上詳述した本実施形態によれば、以下の効果が得られるようになる。 According to the embodiment described in detail above, the following effects can be obtained.
(1)第1コンデンサ12を、高電位側配線14H及び低電位側配線14Lのそれぞれと中間配線14Mとで挟まれた内層において、高電位側チップSwpと低電位側チップSwnとの間に設けた。このため、モジュール10の積層方向において中間配線14Mと第1コンデンサ12とを近づけることができる。これにより、第1閉ループを最小化することでき、ひいては第1閉ループの寄生インダクタンスL1を低減することができる。
(1) The
また、図4に示すように、第1コンデンサ12と中間配線14Mとを対向させることができる。そして、第1コンデンサ12に流れる電流の方向と、中間配線14Mに流れる電流の方向とを逆向きにすることができる。このため、第1コンデンサ12に流れる電流による磁束と、中間配線14Mに流れる電流による磁束との打ち消し効果を高めることができる。これにより、第1閉ループの寄生インダクタンスL1をより低減することができる。なお、図4では、断面を示すハッチングを省略している。このように、本実施形態によれば、寄生インダクタンスL1の低減により、各チップSwp,Swnを構成するスイッチのスイッチング周波数を高めることができる。
Moreover, as shown in FIG. 4, the 1st capacitor |
(2)第2コンデンサ16を、モジュール10の積層方向における一対の外表面のうち、高電位側配線14H及び低電位側配線14Lが露出している方の外表面に設けた。これは、本実施形態において、第1コンデンサ12のみでは、各チップSwp,Swnを構成するスイッチのスイッチングに伴って生じるサージ電圧を吸収できないからである。ここで、第2コンデンサ16を含む第2閉ループのうち、第1閉ループを含まない電気経路の寄生インダクタンスL2が大きいと、第1コンデンサ12が受け持つサージ電圧が増大する。このため、第1コンデンサ12が受け持つサージ電圧を低減する上では、第2閉ループを小さくし、上記寄生インダクタンスL2を低減することが要求される。
(2) The
ここで、本実施形態では、高電位側配線14H及び低電位側配線14Lが露出している方の外表面を第2コンデンサ16の設置位置とした。こうした構成によれば、積層方向において、第2コンデンサ16を高電位側配線14H及び低電位側配線14Lに近づけることができる。このため、第2閉ループを最小化することができる。これにより、第2閉ループのうち第1閉ループを含まない電気経路の寄生インダクタンスL2を低減することができる。したがって、各チップSwp,Swnを構成するスイッチのスイッチングに伴って第1コンデンサ12に印加されるサージ電圧を低減することができる。
Here, in the present embodiment, the outer surface on which the high
(3)第2コンデンサ16が回路基板40に形成された空間部44に収容されるようにモジュール10を回路基板40に実装した。このため、モジュール10の積層方向における一対の外表面のうち回路基板40の第1面に対向する外表面とは反対側の外表面を、放熱器64の設置領域とすることができる。これにより、放熱器64の実装面積を増大させることができ、ひいてはモジュール10の冷却効率を向上させることができる。
(3) The
(4)第3コンデンサ18を、回路基板40の第2面にメイン貫通孔42を跨ぐように設けた。第3閉ループのうち第2閉ループを含まない電気経路の寄生インダクタンスL3が大きいと、各チップSwp,Swnを構成するスイッチのスイッチングに伴って第2コンデンサ16に印加されるサージ電圧が大きくなる。ここで、第3コンデンサ18を、回路基板40の第2面にメイン貫通孔42を跨ぐように設けることにより、モジュール10の積層方向において、第3コンデンサ18を高電位側配線14H及び低電位側配線14Lに近づけることができる。これにより、第3閉ループを最小化でき、第3閉ループのうち第2閉ループを含まない電気経路の寄生インダクタンスL3を低減することができる。したがって、第2コンデンサ16に印加されるサージ電圧を低減することができる。
(4) The
(5)第3コンデンサ18を回路基板40に投影した領域に第2コンデンサ16を回路基板40に投影した領域が含まれるように、第2コンデンサ16及び第3コンデンサ18を配置した。こうした構成によれば、第3閉ループのうち第2閉ループを含まない電気経路を短縮できる。このため、上記寄生インダクタンスL3を低減することができる。
(5) The
(6)第2コンデンサ16を回路基板40に投影した領域に第1コンデンサ12を回路基板40に投影した領域が含まれるように、第1コンデンサ12及び第2コンデンサ16を配置した。こうした構成によれば、第2閉ループのうち第1閉ループを含まない電気経路を短縮できる。このため、上記寄生インダクタンスL2を低減することができる。
(6) The
(7)第2コンデンサ16の静電容量を第1コンデンサ12の静電容量よりも大きく設定した。静電容量が大きいと、コンデンサの体格が大きくなり、コンデンサ自体のインダクタンスが大きくなる。その結果、第2閉ループのインダクタンスも大きくなる。このため、第2閉ループのインダクタンスが大きくなりやすい本実施形態は、上記寄生インダクタンスL2を低減できる構成を採用するメリットが大きい。
(7) The capacitance of the
(8)回路基板40の板面の平面視において、高電位側チップSwpと低電位側チップSwnとの間に、各チップSwp,Swnが並ぶ方向と直交する方向に複数のコンデンサを一列に配置した。そして、これらコンデンサを互いに並列接続することにより、第1コンデンサ12を構成した。こうした構成によれば、第1コンデンサ12を構成する個々のコンデンサの容量を小さくすることができ、ひいては個々のコンデンサの体格を小さくできる。このため、第1コンデンサ12に要求されるサージ吸収用の静電容量を確保しつつ、モジュール10において各チップSwp,Swnの間のスペースを有効利用することができる。
(8) In a plan view of the plate surface of the
(第2実施形態)
以下、第2実施形態について、先の第1実施形態との相違点を中心に図面を参照しつつ説明する。本実施形態では、図5に示すように、DC/DCコンバータの構成を変更する。なお、図5において、先の図2に示した部材と同一の部材については、便宜上、同一の符号を付している。
(Second Embodiment)
Hereinafter, the second embodiment will be described with reference to the drawings with a focus on differences from the first embodiment. In the present embodiment, the configuration of the DC / DC converter is changed as shown in FIG. In FIG. 5, the same members as those shown in FIG. 2 are denoted by the same reference numerals for convenience.
図示されるように、高電位側チップSwpのうちドレインが形成されている面には、第2ビア導体24aを介して高電位側配線14Hが接続されている。高電位側チップSwpのうちソースが形成されている面には、第1ビア導体22aを介して中間配線14Mが接続されている。一方、低電位側チップSwnのうちソースが形成されている面には、第4ビア導体28aを介して低電位側配線14Lが接続されている。低電位側チップSwnのうちドレインが形成されている面には、第3ビア導体26aを介して中間配線14Mが接続されている。第1,第3ビア導体22a,26aは、同一層に形成され、第2,第4ビア導体24a,28aは、同一層に形成されている。
As shown in the figure, the high
高電位側配線14Hには、第5ビア導体30aを介して第1コンデンサ12の第1端が接続されている。第1コンデンサ12の第2端には、第6ビア導体32aを介して低電位側配線14Lが接続されている。第5,第6ビア導体30a,32aは、第2,第4ビア導体24a,28aと同一層に形成されている。
A first end of the
モジュール10は、中間配線14Mが回路基板40の第1面に対向するように回路基板40に実装されている。モジュール10の積層方向における一対の外表面のうち回路基板40の第1面に対向する外表面とは反対側の外表面には、絶縁層62aを介して放熱器65が設けられている。放熱器65には、図5及び図6に示すように、円形状のメイン貫通孔65aが形成されている。これにより、放熱器65には、空間部66が形成されている。高電位側配線14H及び低電位側配線14Lのそれぞれは、放熱器65のメイン貫通孔65a付近において、モジュール10と放熱器65との接合面から露出した形で設けられている。高電位側配線14Hの露出部分には、第2コンデンサ16の第1端が接続され、低電位側配線14Lの露出部分に第2コンデンサ16の第2端が接続されている。第2コンデンサ16は、モジュール10の積層方向における一対の外表面のうち、高電位側配線14H及び低電位側配線14Lが露出している方の外表面に設けられている。モジュール10は、放熱器65の空間部66に第2コンデンサ16が収容されるように放熱器65に設けられている。
The
回路基板40には、第2コンデンサ16を挟むように、第1貫通孔46aと第2貫通孔48aとが形成されている。各貫通孔46a,48a内には、第6,第7導体50a,52aが充填されている。高電位側配線14Hには、モジュール10の3層にまたがる第8ビア導体70と、モジュール10の外表面にパターン形成された第4配線72と、モジュール10及び回路基板40で挟まれた第8導体74と、回路基板40の第1面にパターン形成された第5配線76とを介して、P端子TPが接続されている。低電位側配線14Lには、3層にまたがる第9ビア導体80と、モジュール10の外表面にパターン形成された第6配線82と、モジュール10及び回路基板40で挟まれた第9導体84と、回路基板40の第1面にパターン形成された第8配線86とを介して、N端子TNが接続されている。回路基板40の第2面において、P端子TPには、第3コンデンサ18の第1端が接続され、N端子TNには、第3コンデンサ18の第2端が接続されている。
A first through hole 46 a and a second through
以上説明した本実施形態によれば、上記第1実施形態で得られる(1),(2),(4)〜(8)の効果に加えて、以下の効果が得られる。 According to this embodiment described above, in addition to the effects (1), (2), (4) to (8) obtained in the first embodiment, the following effects can be obtained.
(9)中間配線14Mが放熱器65に対向するように、かつ第2コンデンサ16が空間部66に収容されるようにモジュール10に放熱器65を設けた。こうした構成は、モジュール10(DC/DCコンバータ)からそのグランドラインへとノイズが伝達されるのを抑制するために採用された。つまり、本実施形態において、放熱器65は、グランドラインに接続されている。ここで、高電位側配線14H及び低電位側配線14Lのそれぞれと放熱器65との間に絶縁層62aが設けられていることから、各配線14H,14Lと放熱器65との間には寄生容量が形成されている。ここで、高電位側配線14H,低電位側配線14Lは、直流電源の正極端子,負極端子に接続されていることから、中間配線14Mと比較して電位変動が小さい。このため、放熱器65側に高電位側配線14H及び低電位側配線14Lを配置することにより、寄生容量を介してグランドラインへと伝達されるノイズを低減することができる。
(9) The
(その他の実施形態)
なお、上記各実施形態は、以下のように変更して実施してもよい。
(Other embodiments)
Each of the above embodiments may be modified as follows.
・上記第1実施形態では、回路基板40の第1面から第2面へと貫通するメイン貫通孔42を回路基板40に形成することで、第2コンデンサ16を収容する空間部を形成したがこれに限らない。例えば、回路基板40の第1面から第2面へと貫通はしないものの、第1面から第2面側に延びる溝部を回路基板40に形成する。そして、この溝部を第2コンデンサ16を収容する空間部として用いてもよい。
In the first embodiment, the main through
・半導体スイッチとしては、MOSFETに限らず、例えばIGBTであってもよい。この場合、半導体スイッチは、コレクタ及びエミッタの間の電流流通経路を開閉することとなる。 The semiconductor switch is not limited to a MOSFET but may be, for example, an IGBT. In this case, the semiconductor switch opens and closes a current flow path between the collector and the emitter.
・上記第1実施形態では、第3コンデンサ18を回路基板40に投影した領域に第2コンデンサ16を回路基板40に投影した領域が含まれるように、第2コンデンサ16及び第3コンデンサ18を配置したがこれに限らない。回路基板40の平面視において、第3コンデンサ18の少なくとも一部と第2コンデンサ16の少なくとも一部とが重なるようにこれらコンデンサ16,18を配置してもよい。この場合であっても、第3閉ループのうち第2閉ループを含まない電気経路を短縮することはできる。
In the first embodiment, the
また、回路基板40の平面視において、第2コンデンサ16の少なくとも一部と第1コンデンサ12の少なくとも一部とが重なるようにこれらコンデンサ12,16を配置してもよい。この場合であっても、第2閉ループのうち第1閉ループを含まない電気経路を短縮することはできる。
Further, the
・上記各実施形態において、第1コンデンサ12と抵抗体との直列接続体が各チップSwp,Swnの直列接続体に並列接続されていてもよい。
In each of the above embodiments, the series connection body of the
・モジュール10によって構成される電力変換回路としては、DC/DCコンバータに限らず、例えば、ハーフブリッジ回路やフルブリッジ回路を備えるインバータであってもよい。具体的には例えば、3つのモジュール10により、電力変換回路としての3相インバータを構成することができる。この場合、各モジュール10の高電位側チップSwpと低電位側チップSwnとの直列接続体は、互いに並列接続されることとなる。また、各モジュール10の出力端子TOには、例えば、モータジェネレータの各相巻線の一端が接続されることとなる。モータジェネレータは、例えば車載主機となるものである。なお、バッテリの電圧を昇圧して出力する昇圧コンバータがインバータの入力側に接続される場合、昇圧コンバータが直流電源となる。
The power conversion circuit configured by the
10…モジュール、12…第1コンデンサ、14H…高電位側配線、14L…低電位側配線、14M…中間配線、Swp…高電位側チップ、Swn…低電位側チップ。
DESCRIPTION OF
Claims (10)
前記直列接続体に並列接続された第1コンデンサ(12)と、
前記第1電極と前記第1コンデンサの第1端とを接続する高電位側配線(14H)と、
前記第4電極と前記第1コンデンサの第2端とを接続する低電位側配線(14L)と、
前記第2電極と前記第3電極とを接続する中間配線(14M)と、を備え、
前記高電位側半導体スイッチ、前記低電位側半導体スイッチ、前記第1コンデンサ、前記高電位側配線、前記低電位側配線、及び前記中間配線は、絶縁体(20)を用いて一体形成されることにより、多層構造のモジュール(10)とされ、
前記高電位側配線及び前記低電位側配線のそれぞれは、前記モジュールにおいて前記中間配線が設けられる層とは異なる層であって、前記モジュールの積層方向において前記中間配線が設けられる層から同一方向に離れた層に互いに離間して設けられ、
前記高電位側半導体スイッチ及び前記低電位側半導体スイッチのそれぞれは、前記モジュールにおいて、前記高電位側配線及び前記低電位側配線のそれぞれと前記中間配線とで挟まれた層に互いに離間して設けられ、
前記第1コンデンサは、前記高電位側配線及び前記低電位側配線のそれぞれと前記中間配線とで挟まれた内層において、前記高電位側半導体スイッチと前記低電位側半導体スイッチとの間に設けられ、
前記高電位側配線及び前記低電位側配線のそれぞれは、その少なくとも一部が、前記モジュールの積層方向における一対の外表面のいずれかに露出した形で設けられ、
前記高電位側配線の露出部分に第1端が接続され、前記低電位側配線の露出部分に第2端が接続された第2コンデンサ(16)を備え、
前記第2コンデンサは、前記モジュールの積層方向における一対の外表面のうち、前記高電位側配線及び前記低電位側配線が露出している方の外表面に設けられていることを特徴とするスイッチングモジュール。 A high-potential-side semiconductor switch (Swp) configured by a semiconductor chip having a first electrode and a second electrode, and opening and closing a current flow path between the first electrode and the second electrode; and a third electrode and a fourth electrode A series connection body of low-potential side semiconductor switches (Swn) configured to open and close a current flow path between the third electrode and the fourth electrode;
A first capacitor (12) connected in parallel to the series connection body;
A high potential side wiring (14H) connecting the first electrode and the first end of the first capacitor;
A low-potential side wiring (14L) connecting the fourth electrode and the second end of the first capacitor;
An intermediate wiring (14M) for connecting the second electrode and the third electrode;
The high potential side semiconductor switch, the low potential side semiconductor switch, the first capacitor, the high potential side wiring, the low potential side wiring, and the intermediate wiring are integrally formed using an insulator (20). Thus, a module (10) having a multilayer structure is obtained.
Each of the high potential side wiring and the low potential side wiring is a layer different from the layer in which the intermediate wiring is provided in the module, and is in the same direction from the layer in which the intermediate wiring is provided in the stacking direction of the module. Spaced apart from each other,
Each of the high-potential side semiconductor switch and the low-potential side semiconductor switch is provided separately from each other in a layer sandwiched between the high-potential side wiring and the low-potential side wiring and the intermediate wiring in the module. And
The first capacitor is provided between the high potential side semiconductor switch and the low potential side semiconductor switch in an inner layer sandwiched between the high potential side wiring and the low potential side wiring and the intermediate wiring. ,
Each of the high potential side wiring and the low potential side wiring is provided in a form in which at least a part thereof is exposed to one of a pair of outer surfaces in the stacking direction of the module,
A second capacitor (16) having a first end connected to the exposed portion of the high potential side wiring and a second end connected to the exposed portion of the low potential side wiring;
The second capacitor is provided on an outer surface of the pair of outer surfaces in the stacking direction of the module, on which the high potential side wiring and the low potential side wiring are exposed. module.
前記回路基板には、その一対の板面のうち、前記モジュールの実装面からその裏面側へと延びる空間部(44)が形成され、
前記モジュールは、前記低電位側配線及び前記高電位側配線が前記実装面に対向するように、かつ前記第2コンデンサが前記空間部に収容されるように前記回路基板に実装されている請求項1記載のスイッチングモジュール。 A circuit board (40) on which the module is mounted;
Of the pair of plate surfaces, the circuit board is formed with a space portion (44) extending from the module mounting surface to the back surface side thereof,
The module is mounted on the circuit board so that the low-potential side wiring and the high-potential side wiring face the mounting surface, and the second capacitor is accommodated in the space portion. The switching module according to 1 .
前記放熱器には、前記モジュールの積層方向において前記モジュール側から外部へと延びる空間部(66)が形成され、
前記モジュールは、前記高電位側配線及び前記低電位側配線のそれぞれが前記放熱器に対向するように、かつ前記第2コンデンサが前記空間部に収容されるように前記放熱器に設けられている請求項1記載のスイッチングモジュール。 A heat radiator (65) provided on the outer surface of the module in the stacking direction;
In the radiator, a space portion (66) extending from the module side to the outside in the stacking direction of the modules is formed,
The module is provided in the radiator so that each of the high-potential side wiring and the low-potential side wiring faces the radiator and the second capacitor is accommodated in the space portion. The switching module according to claim 1 .
前記第2コンデンサは、その静電容量が前記第1コンデンサの静電容量よりも大きく設定され、
前記回路基板には、その板面の平面視において前記空間部を挟んで第1貫通孔(46;46a)と第2貫通孔(48:48a)とが形成され、
静電容量が前記第2コンデンサの静電容量よりも大きく設定された第3コンデンサ(18)と、
前記第1貫通孔内に形成され、前記高電位側配線と前記第3コンデンサの第1端とを電気的に接続する第1導通部材(50;50a)と、
前記第2貫通孔内に形成され、前記低電位側配線と前記第3コンデンサの第2端とを電気的に接続する第2導通部材(52;52a)と、をさらに備え、
前記第3コンデンサは、前記回路基板の一対の板面のうち前記モジュールの実装面とは反対側の板面に、前記板面の平面視において前記第2コンデンサを跨ぐように設けられている請求項2〜4のいずれか1項に記載のスイッチングモジュール。 A circuit board (40) on which the module is mounted;
The capacitance of the second capacitor is set larger than the capacitance of the first capacitor,
The circuit board is formed with a first through hole (46; 46a) and a second through hole (48: 48a) across the space portion in plan view of the plate surface,
A third capacitor (18) having a capacitance set larger than that of the second capacitor;
A first conduction member (50; 50a) formed in the first through hole and electrically connecting the high potential side wiring and the first end of the third capacitor;
A second conduction member (52; 52a) formed in the second through hole and electrically connecting the low potential side wiring and the second end of the third capacitor;
The third capacitor is provided on a plate surface opposite to the mounting surface of the module among a pair of plate surfaces of the circuit board so as to straddle the second capacitor in a plan view of the plate surface. Item 5. The switching module according to any one of Items 2 to 4 .
前記高電位側配線及び前記低電位側配線のそれぞれは、前記モジュールにおいて同一の層に設けられている請求項1〜8のいずれか1項に記載のスイッチングモジュール。 Each of the high potential side semiconductor switch, the low potential side semiconductor switch, and the first capacitor is provided in the same inner layer in the module,
The high Each potential line and the low potential line, the switching module according to any one of claims 1 to 8 is provided in the same layer in the module.
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