以下、本発明を具体化した実施形態を図面に基づいて説明する。
[第1実施形態]
まず、図1〜図4を参照して、本発明の第1実施形態による電力変換装置100の構成について説明する。
(電力変換回路の構成)
本発明の第1実施形態による電力変換装置100は、図1に示すように、円形形状の基板1を含む。
基板1上には、5つの円形のコンデンサ2が設けられている。また、基板1上には、一対のU相半導体素子3と、一対のV相半導体素子4と、一対のW相半導体素子5とが設けられている。また、一対のU相半導体素子3、一対のV相半導体素子4、および、一対のW相半導体素子5の各々は、対応するコンデンサ2と電気的に接続されている。なお、コンデンサ2、および、U相半導体素子3は、それぞれ、特許請求の範囲の「直流部」および「第1半導体素子」の一例である。また、V相半導体素子4、および、W相半導体素子5は、それぞれ、特許請求の範囲の「第2半導体素子」および「第3半導体素子」の一例である。
ここで、第1実施形態では、一対のU相半導体素子3は、上アームを構成する半導体素子3aと下アームを構成する半導体素子3bとを含む。また、一対のV相半導体素子4は、上アームを構成する半導体素子4aと下アームを構成する半導体素子4bとを含む。また、一対のW相半導体素子5は、上アームを構成する半導体素子5aと下アームを構成する半導体素子5bとを含む。また、平面視において、上アームを構成する半導体素子3aと下アームを構成する半導体素子3bとは、基板1のX方向の端部1a側においてY方向に沿って並んで配置されている。また、上アームを構成する半導体素子4aと下アームを構成する半導体素子4bは、基板1の中央部O側において、Y方向に沿って並んで配置されている。同様に、上アームを構成する半導体素子5aと下アームを構成する半導体素子5bとは、基板1の中央部O側において、Y方向に沿って並んで配置されている。具体的には、上アームを構成する半導体素子4a、下アームを構成する半導体素子4b、上アームを構成する半導体素子5a、および、下アームを構成する半導体素子5bは、Y方向に沿って並んで配置されている。なお、上アームを構成する半導体素子3a、および、下アームを構成する半導体素子3bは、それぞれ、「第1正電位側素子」および「第1負電位側素子」の一例である。また、上アームを構成する半導体素子4a、および、下アームを構成する半導体素子4bは、それぞれ、「第2正電位側素子」および「第2負電位側素子」の一例である。上アームを構成する半導体素子5a、および、下アームを構成する半導体素子5bは、それぞれ、「第3正電位側素子」および「第3負電位側素子」の一例である。また、X方向、および、Y方向は、それぞれ、特許請求の範囲の「第1方向」および「第2方向」の一例である。
また、基板1の中央部Oを通るX方向に延びる線分αに対して、Y1方向側に一対のV相半導体素子4が配置されている。また、線分αに対して、Y2方向側に一対のW相半導体素子5が配置されている。
また、上アームを構成する半導体素子3aは、線分αに対してY1方向側に配置されている。また、下アームを構成する半導体素子3bは、線分αに対してY2方向側に配置されている。
また、第1実施形態では、一対のU相半導体素子3のY方向の一方側の端部3cおよび他方側の端部3dは、それぞれ、一対のV相半導体素子4のY方向の一方側(Y1方向側)における外側端部4cおよび一対のW相半導体素子5のY方向の他方側(Y2方向側)における外側端部5cよりも内側に配置されるように構成されている。具体的には、一対のU相半導体素子3のY方向の一方側(Y1方向側)の端部3cは、外側端部4cよりもY2方向側に配置されている。また、一対のU相半導体素子3のY方向の他方側(Y2方向側)の端部3dは、外側端部5cよりもY1方向側に配置されている。
また、第1実施形態では、上アームを構成する半導体素子3aは、下アームを構成する半導体素子4bよりも上アームを構成する半導体素子4aに近い側に配置される。また、下アームを構成する半導体素子3bは、上アームを構成する半導体素子5aよりも下アームを構成する半導体素子5bに近い側に配置される。具体的には、Y方向において、上アームを構成する半導体素子3aの端部3cは、上アームを構成する半導体素子4aのY2方向側の端部4dの近傍に配置されている。また、Y方向において、下アームを構成する半導体素子3bの端部3dは、下アームを構成する半導体素子5bのY1方向側の端部5dの近傍に配置されている。
また、X方向において、上アームを構成する半導体素子3aのX2方向側の端部3eと、上アームを構成する半導体素子4aのX1方向側の端部4eとの間は、長さL1だけ離間している。また、上アームを構成する半導体素子4aの端部4dと、下アームを構成する半導体素子5bの端部5dとの間は、長さL1よりも大きい長さL2だけ離間している。また、上アームを構成する半導体素子3aと下アームを構成する半導体素子3bとの間の長さ、上アームを構成する半導体素子4aと下アームを構成する半導体素子4bとの間の長さ、および、上アームを構成する半導体素子5aと下アームを構成する半導体素子5bとの間の長さの各々は、略同等であるとともに、長さL1に対して十分に小さい。また、上アームを構成する半導体素子4aの端部4dと線分αとの間の間隔の長さ、および、下アームを構成する半導体素子5bの端部5dと線分αとの間の間隔の長さの各々は、L2/2である。
また、第1実施形態では、平面視において、一対のV相半導体素子4および一対のW相半導体素子5から相対的に近い領域に配置されるコンデンサ2の数が、一対のV相半導体素子4および一対のW相半導体素子5から相対的に遠い領域に配置されるコンデンサ2の数よりも大きくなるように構成されている。具体的には、一対のV相半導体素子4および一対のW相半導体素子5から相対的に近い領域に配置されるコンデンサ2は、Y方向に沿って3つ並んで配置されている。また、一対のV相半導体素子4および一対のW相半導体素子5から相対的に遠い領域に配置されるコンデンサ2は、Y方向に沿って2つ並んで配置されている。
また、第1実施形態では、Y方向において、一対のV相半導体素子4および一対のW相半導体素子5から相対的に遠い領域に配置されるコンデンサ2のY方向の一方側の端部2aおよび他方側の端部2bは、一対のV相半導体素子4および一対のW相半導体素子5から相対的に近い領域に配置されるコンデンサ2のY方向の一方側の端部2cおよび他方側の端部2dよりも内側に配置されるように構成されている。すなわち、一対のV相半導体素子4および一対のW相半導体素子5から相対的に遠い領域に配置されるコンデンサ2のY方向の一方側(Y1方向側)の端部2aは、一対のV相半導体素子4および一対のW相半導体素子5から相対的に近い領域に配置されるコンデンサ2のY方向の一方側(Y1方向側)の端部2cよりもY2方向側に配置される。また、一対のV相半導体素子4および一対のW相半導体素子5から相対的に遠い領域に配置されるコンデンサ2のY方向の他方側(Y2方向側)の端部2bは、一対のV相半導体素子4および一対のW相半導体素子5から相対的に近い領域に配置されるコンデンサ2のY方向の他方側(Y2方向側)の端部2dよりもY1方向側に配置される。
図2に示すように、上アームを構成する半導体素子3a、上アームを構成する半導体素子4a、および、上アームを構成する半導体素子5aの各々のドレイン電極Dは、コンデンサ2の正電位端子2e、および、直流電源6の正電位側の各々と電気的に接続されている。また、下アームを構成する半導体素子3b、下アームを構成する半導体素子4b、および、下アームを構成する半導体素子5bの各々のソース電極Sは、コンデンサ2の負電位端子2f、および、直流電源6の負電位側の各々と電気的に接続されている。また、上アームを構成する半導体素子3a、上アームを構成する半導体素子4a、上アームを構成する半導体素子5a、下アームを構成する半導体素子3b、下アームを構成する半導体素子4b、および、下アームを構成する半導体素子5bの各々のゲート電極Gは、ゲート駆動回路101と電気的に接続されている。また、上アームを構成する半導体素子3aのソース電極Sと下アームを構成する半導体素子3bのドレイン電極Dとは、電気的に接続されている。また、上アームを構成する半導体素子3aのソース電極S、および、下アームを構成する半導体素子3bのドレイン電極Dの各々は、モータ102と電気的に接続されている。また、上アームを構成する半導体素子4aのソース電極Sと下アームを構成する半導体素子4bのドレイン電極Dとは、電気的に接続されている。また、上アームを構成する半導体素子4aのソース電極S、および、下アームを構成する半導体素子4bのドレイン電極Dの各々は、モータ102と電気的に接続されている。また、上アームを構成する半導体素子5aのソース電極Sと下アームを構成する半導体素子5bのドレイン電極Dとは、電気的に接続されている。また、上アームを構成する半導体素子5aのソース電極S、および、下アームを構成する半導体素子5bのドレイン電極Dの各々は、モータ102と電気的に接続されている。なお、直流電源6は、特許請求の範囲の「直流部」の一例である。また、正電位端子2e、および、負電位端子2fは、それぞれ、特許請求の範囲の「正電位側」および「負電位側」の一例である。
図3に示すように、上アームを構成する半導体素子3aのドレイン電極D、ソース電極S、および、ゲート電極Gの各々は、上アームを構成する半導体素子3aの表面30a上に配置されている。また、上アームを構成する半導体素子3aは、表面30aが基板1(図示せず)に対向するように配置されている。すなわち、表面30aがZ2方向側を向くように、上アームを構成する半導体素子3aが配置されている。なお、図3では図示を省略するが、下アームを構成する半導体素子3b、上アームを構成する半導体素子4a、下アームを構成する半導体素子4b、上アームを構成する半導体素子5a、および、下アームを構成する半導体素子5bの各々も、上アームを構成する半導体素子3aと同様に構成され、上アームを構成する半導体素子3aと同様に配置されている。
図4に示すように、基板1は、金属基板103(たとえば、アルミ板)の上部に、絶縁層104を介して、導電性の表層7(たとえば、銅箔)が設けられている。上アームを構成する半導体素子3a、下アームを構成する半導体素子3b、上アームを構成する半導体素子4a、下アームを構成する半導体素子4b、上アームを構成する半導体素子5a、および、下アームを構成する半導体素子5bの各々は、表層7上に配置されている。また、表層7にパターンを形成することによって、一対のU相半導体素子3、一対のV相半導体素子4、および、一対のW相半導体素子5の各々と、対応するコンデンサ2とを電気的に接続するように構成されている。
上アームを構成する半導体素子3aは、ドレイン電極DをX2方向側に向けるとともに、ソース電極SをX1方向側に向けるように配置されている。また、下アームを構成する半導体素子3bは、ドレイン電極DをX1方向側に向けるとともに、ソース電極SをX2方向側に向けるように配置されている。また、上アームを構成する半導体素子4aは、ドレイン電極DをX2方向側に向けるとともに、ソース電極SをX1方向側に向けるように配置されている。また、下アームを構成する半導体素子4bは、ドレイン電極DをX1方向側に向けるとともに、ソース電極SをX2方向側に向けるように配置されている。また、上アームを構成する半導体素子5aは、ドレイン電極DをX2方向側に向けるとともに、ソース電極SをX1方向側に向けるように配置されている。また、下アームを構成する半導体素子5bは、ドレイン電極DをX1方向側に向けるとともに、ソース電極SをX2方向側に向けるように配置されている。なお、図4では、各アームのゲート電極Gは図示を省略している。
また、5つのコンデンサ2のうち、Y方向における中央のコンデンサ2(20)は、正電位端子2eをY1方向側に向けるとともに、負電位端子2fをY2方向側に向けるように配置されている。また、Y方向における中央のコンデンサ2(20)以外のコンデンサ2の各々は、正電位端子2eをY2方向側に向けるとともに、負電位端子2fをY1方向側に向けるように配置されている。また、コンデンサ2は、正電位端子2eと負電位端子2fとが設けられる面2gが、表層7に密接するように設けられている。
また、第1実施形態では、電力変換装置100は、上アームを構成する半導体素子3aと、上アームを構成する半導体素子4aと、コンデンサ2の正電位端子2eとを電気的に接続する、基板1上に設けられた正電位用配線7aを備える。正電位用配線7aは、上アームを構成する半導体素子4aと下アームを構成する半導体素子5bとの間を通る。また、電力変換装置100は、下アームを構成する半導体素子3bと、下アームを構成する半導体素子5bと、コンデンサ2の負電位端子2fとを電気的に接続する、基板1上に設けられた負電位用配線7bを備える。負電位用配線7bは、上アームを構成する半導体素子4aと下アームを構成する半導体素子5bとの間を通る。また、電力変換装置100は、下アームを構成する半導体素子4bと、コンデンサ2の負電位端子2fとを電気的に接続する、基板1上に設けられた負電位用配線7cを備える。また、電力変換装置100は、上アームを構成する半導体素子5aと、コンデンサ2の正電位端子2eとを電気的に接続する、基板1上に設けられた正電位用配線7dを備える。なお、正電位用配線7a、および、負電位用配線7bは、それぞれ、特許請求の範囲の「第1正電位用配線」および「第1負電位用配線」の一例である。また、負電位用配線7c、および、正電位用配線7dは、それぞれ、特許請求の範囲の「第2負電位用配線」および「第2正電位用配線」の一例である。
具体的には、上アームを構成する半導体素子3aのドレイン電極Dと、上アームを構成する半導体素子4aのドレイン電極Dと、Y方向における中央のコンデンサ2(20)の正電位端子2eと、Y1方向側の2つのコンデンサ2の各々の正電位端子2eとが、正電位用配線7aを介して電気的に接続されている。また、下アームを構成する半導体素子3bのソース電極Sと、下アームを構成する半導体素子5bのソース電極Sと、中央のコンデンサ2(20)の負電位端子2fと、Y2方向側の2つのコンデンサ2の各々の負電位端子2fとが、負電位用配線7bを介して電気的に接続されている。また、下アームを構成する半導体素子4bのソース電極Sと、Y1方向側の2つのコンデンサ2の各々の負電位端子2fとが、負電位用配線7cを介して電気的に接続されている。また、上アームを構成する半導体素子5aのドレイン電極Dと、Y2方向側の2つのコンデンサ2の各々の正電位端子2eとが、正電位用配線7dを介して電気的に接続されている。すなわち、Y1方向側から、負電位用配線7c、正電位用配線7a、負電位用配線7b、正電位用配線7dの順番で配置されている。なお、各配線間の長さは、長さL1に比べて十分に小さい。
また、上アームを構成する半導体素子3aのソース電極Sと下アームを構成する半導体素子3bのドレイン電極Dとは、出力用配線7eを介して電気的に接続されている。また、上アームを構成する半導体素子4aのソース電極Sと下アームを構成する半導体素子4bのドレイン電極Dとは、出力用配線7fを介して電気的に接続されている。また、上アームを構成する半導体素子5aのソース電極Sと下アームを構成する半導体素子5bのドレイン電極Dとは、出力用配線7gを介して電気的に接続されている。
(第1実施形態の効果)
第1実施形態では、以下のような効果を得ることができる。
第1実施形態では、上記のように、基板1と、一対のU相半導体素子3と、一対のV相半導体素子4と、一対のW相半導体素子5と、を備え、平面視において、一対のU相半導体素子3を、基板1のX方向の端部1a側においてX方向と交差するY方向に並んで配置し、一対のV相半導体素子4および一対のW相半導体素子5の各々を、基板1の中央部O側において、Y方向に沿って並んで配置するように、電力変換装置100を構成する。これにより、一対のV相半導体素子4および一対のW相半導体素子5の各々が、基板1の中央部O側において、Y方向に沿って並んで配置されていることによって、コンデンサ2を一対のV相半導体素子4および一対のW相半導体素子5の近傍に配置すれば、一対のV相半導体素子4および一対のW相半導体素子5の各々を周状に配置する場合に比べて、配線距離を小さくすることができるので、インダクタンスの増大を抑制することができる。また、一対のU相半導体素子3が、基板1のX方向の端部1a側においてX方向と交差するY方向に並んで配置され、一対のV相半導体素子4および一対のW相半導体素子5の各々が、基板1の中央部側において、Y方向に沿って並んで配置されることによって、一対のU相半導体素子3、一対のV相半導体素子4、および、一対のW相半導体素子5の各々が、Y方向に沿って一列に並んで配置される場合に比べて、基板1のY方向の幅を小さくすることができる。これらの結果、インダクタンスの増大を抑制しながら基板1の大型化を抑制することができる。
また、第1実施形態では、上記のように、基板1は、円形形状を有し、円形形状の基板1の所定の半径方向をX方向とした場合に、所定の半径方向の外側端部側に、所定の半径方向と交差するY方向に沿って、Y方向の一方側から他方側に向かって、一対のV相半導体素子4および一対のW相半導体素子5を並んで配置するように、電力変換装置100を構成する。これにより、円形形状を有する基板1において、一対のU相半導体素子3、一対のV相半導体素子4、および、一対のW相半導体素子5の各々が、Y方向に沿って一列に並んで配置される場合に比べて、基板1の大型化(円形形状の基板1の直径が大きくなること)を効果的に抑制することができる。
また、第1実施形態では、上記のように、一対のU相半導体素子3のY方向の一方側の端部3cおよび他方側の端部3dを、それぞれ、一対のV相半導体素子4のY方向の一方側における外側端部4cおよび一対のW相半導体素子5のY方向の他方側における外側端部5cよりも内側に配置するように、電力変換装置100を構成する。これにより、一対のU相半導体素子3のY方向に沿った幅が、一対のV相半導体素子4および一対のW相半導体素子5の合計のY方向に沿った幅よりも小さくなるので、比較的面積の小さい円形形状の基板1の外側端部側に、容易に、一対のU相半導体素子3を配置することができる。
また、第1実施形態では、上記のように、一対のU相半導体素子3、一対のV相半導体素子4、および、一対のW相半導体素子5のそれぞれに対応するように設けられている複数のコンデンサ2をさらに備え、平面視において、一対のV相半導体素子4および一対のW相半導体素子5から相対的に近い領域に配置されるコンデンサ2の数を、一対のV相半導体素子4および一対のW相半導体素子5から相対的に遠い領域に配置されるコンデンサ2の数よりも大きくするように、電力変換装置100を構成する。これにより、相対的に遠い領域に配置されるコンデンサ2の配置領域の大きさを、相対的に近い領域に配置されるコンデンサ2の配置領域の大きさに比べて小さくすることができるので、比較的面積の小さい円形形状の基板1の外側端部側に、容易に、コンデンサ2を配置することができる。
また、第1実施形態では、上記のように、一対のV相半導体素子4および一対のW相半導体素子5から相対的に遠い領域に配置されるコンデンサ2のY方向の一方側の端部2aおよび他方側の端部2bを、一対のV相半導体素子4および一対のW相半導体素子5から相対的に近い領域に配置されるコンデンサ2のY方向の一方側の端部2cおよび他方側の端部2dよりも内側に配置するように、電力変換装置100を構成する。これにより、一対のV相半導体素子4および一対のW相半導体素子5から相対的に遠い領域に配置されるコンデンサ2のY方向の一方側の端部2aから他方側の端部2bまでのY方向に沿った方向の幅が、一対のV相半導体素子4および一対のW相半導体素子5から相対的に近い領域に配置されるコンデンサ2のY方向の一方側の端部2cから他方側の端部2dまでのY方向に沿った方向の幅よりも小さくなるので、比較的面積の小さい円形形状の基板1の外側端部側に、容易に、コンデンサ2を配置することができる。
また、第1実施形態では、上記のように、一対のU相半導体素子3は、上アームを構成する半導体素子3aと下アームを構成する半導体素子3bとを含み、一対のV相半導体素子4は、上アームを構成する半導体素子4aと下アームを構成する半導体素子4bとを含み、一対のW相半導体素子5は、上アームを構成する半導体素子5aと下アームを構成する半導体素子5bとを含む。上アームを構成する半導体素子3aは、下アームを構成する半導体素子4bよりも上アームを構成する半導体素子4aに近い側に配置されるとともに、下アームを構成する半導体素子3bは、上アームを構成する半導体素子5aよりも下アームを構成する半導体素子5bに近い側に配置されている。上アームを構成する半導体素子3aと、上アームを構成する半導体素子4aと、コンデンサ2の正電位端子2eとを電気的に接続するとともに、上アームを構成する半導体素子4aと下アームを構成する半導体素子5bとの間を通るように基板1上に設けられた正電位用配線7aと、下アームを構成する半導体素子3bと、下アームを構成する半導体素子5bと、コンデンサ2の負電位端子2fとを電気的に接続するとともに、上アームを構成する半導体素子4aと下アームを構成する半導体素子5bとの間を通るように基板1上に設けられた負電位用配線7bと、下アームを構成する半導体素子4bと、コンデンサ2の負電位端子2fとを電気的に接続するように、基板1上に設けられた負電位用配線7cと、上アームを構成する半導体素子5aと、コンデンサ2の正電位端子2eとを電気的に接続するように、基板1上に設けられた正電位用配線7dと、を備えるように、電力変換装置100を構成する。これにより、上アームを構成する半導体素子3a、および、上アームを構成する半導体素子4aの各々が共通の配線により接続されるので、上アームを構成する半導体素子3a、および、上アームを構成する半導体素子4aの各々を、別個の配線を介してコンデンサ2の正電位端子2eと接続する場合に比べて、配線幅を大きくすることができる。その結果、正電位用配線7aのインダクタンスを低減することができる。また、下アームを構成する半導体素子3b、および、下アームを構成する半導体素子5bの各々が共通の配線により接続されるので、下アームを構成する半導体素子3b、および、下アームを構成する半導体素子5bの各々を、別個の配線を介してコンデンサ2の負電位端子2fと接続する場合に比べて、配線幅を大きくすることができる。その結果、負電位用配線7bのインダクタンスを低減させることができる。また、正電位用配線7a、および、負電位用配線7bの各々を、上アームを構成する半導体素子4aと下アームを構成する半導体素子5bとの間に通すことによって、正電位用配線7a、および、負電位用配線7bの各々の配線長を小さくすることができる。その結果、正電位用配線7a、および、負電位用配線7bの各々のインダクタンスを低減させることができる。
[第2実施形態]
図5を参照して、本発明の第2実施形態による電力変換装置200の構成について説明する。第2実施形態では、上記第1実施形態の構成と異なり、基板11は、2つの互いに異なる基板を接合した構成である。なお、上記第1実施形態と同様の構成は、第1実施形態と同じ符号を付して図示するとともに説明を省略する。
第2実施形態では、図5に示すように、基板11は、一対のU相半導体素子3と一対のV相半導体素子4と一対のW相半導体素子5とが配置される第1基板11aを含む。また、基板11は、第1基板11aとは別個に設けられ、コンデンサ2が配置される第2基板11bを含む。具体的には、第1基板11aおよび第2基板11bの各々は、半円形状を有している。また、第1基板11aと第2基板11bとは、基板11全体が円形形状になるように、半田付けによって接合されている。
基板11は、金属基板(図示せず、たとえばアルミ板)の上部に、絶縁層104を介して、導電性の表層17(たとえば、銅箔)が設けられている。上アームを構成する半導体素子3a、下アームを構成する半導体素子3b、上アームを構成する半導体素子4a、下アームを構成する半導体素子4b、上アームを構成する半導体素子5a、および、下アームを構成する半導体素子5bの各々は、表層17上に配置されている。また、表層17にパターンを形成することによって、一対のU相半導体素子3、一対のV相半導体素子4、および、一対のW相半導体素子5の各々と、対応するコンデンサ2とを、対応する電極パッド12を介して電気的に接続するように構成されている。
第1基板11aには、第1基板11aと第2基板11bとの境界近傍において、Y方向に沿って電極パッド12が4つ並んで配置されている。また、第2基板11bには、第1基板11aと第2基板11bとの境界近傍において、Y方向に沿って電極パッド12が4つ並んで配置されている。
下アームを構成する半導体素子4bのソース電極Sと、第1基板11aのY1方向側から1番目の電極パッド12とは、表層17を介して電気的に接続されている。また、上アームを構成する半導体素子3aのドレイン電極Dと、上アームを構成する半導体素子4aのドレイン電極Dと、第1基板11aのY1方向側から2番目の電極パッド12とは、表層17を介して電気的に接続されている。また、下アームを構成する半導体素子3bのソース電極Sと、下アームを構成する半導体素子5bのソース電極Sと、第1基板11aのY1方向側から3番目の電極パッド12とは、表層17を介して電気的に接続されている。また、上アームを構成する半導体素子5aのドレイン電極Dと、第1基板11aのY1方向側から4番目の電極パッド12とは、表層17を介して電気的に接続されている。
また、第2基板11bのY1方向側から1番目の電極パッド12と、Y1方向側の2つのコンデンサ2の各々の負電位端子2fとは、表層17を介して電気的に接続されている。また、第2基板11bのY1方向側から2番目の電極パッド12と、Y1方向側の2つのコンデンサ2の各々の正電位端子2eと、Y方向における中央のコンデンサ2(20)の正電位端子2eとは、表層17を介して電気的に接続されている。また、第2基板11bのY1方向側から3番目の電極パッド12と、Y方向における中央のコンデンサ2(20)の負電位端子2fとY2方向側の2つのコンデンサ2の各々の負電位端子2fとは、表層17を介して電気的に接続されている。また、第2基板11bのY1方向側から4番目の電極パッド12と、Y2方向側の2つのコンデンサ2の各々の正電位端子2eとは、表層17を介して電気的に接続されている。
また、第1基板11aのY1方向側から1番目の電極パッド12と、第2基板11bのY1方向側から1番目の電極パッド12とは、銅バー13を介して電気的に接続されている。また、第1基板11aのY1方向側から2番目の電極パッド12と、第2基板11bのY1方向側から2番目の電極パッド12とは、銅バー13を介して電気的に接続されている。また、第1基板11aのY1方向側から3番目の電極パッド12と、第2基板11bのY1方向側から3番目の電極パッド12とは、銅バー13を介して電気的に接続されている。また、第1基板11aのY1方向側から4番目の電極パッド12と、第2基板11bのY1方向側から4番目の電極パッド12とは、銅バー13を介して電気的に接続されている。また、各銅バー13は、平面視において、X方向に沿った方向に延びている。
なお、第2実施形態のその他の構成は、上記第1実施形態と同様である。
(第2実施形態の効果)
第2実施形態では、以下のような効果を得ることができる。
第2実施形態では、上記のように、基板11が、一対のU相半導体素子3と一対のV相半導体素子4と一対のW相半導体素子5とが配置される第1基板11aと、第1基板11aとは別個に設けられ、複数のコンデンサ2が配置される第2基板11bとを含むように、電力変換装置200を構成する。これにより、第1基板11aの冷却と第2基板11bの冷却とを別々に行うことができるので、発熱量の大きい、一対のU相半導体素子3、一対のV相半導体素子4、および、一対のW相半導体素子5の各々を効果的に冷却することができる。
なお、第2実施形態のその他の効果は、上記第1実施形態と同様である。
[第3実施形態]
図6〜図9を参照して、本発明の第3実施形態による電力変換装置300の構成について説明する。第3実施形態では、上記第1実施形態と異なり、基板21が多層構造を有する構成である。なお、上記第1実施形態と同様の構成は、第1実施形態と同じ符号を付して図示するとともに説明を省略する。
第3実施形態では、図6に示すように、基板21は、一対のU相半導体素子3と一対のV相半導体素子4(図示せず)と一対のW相半導体素子5(図示せず)とコンデンサ2とが配置される表層27を含む。また、基板21は、表層27の下方に設けられる、正電位用配線層21aを含む。また、基板21は、正電位用配線層21aと絶縁層104を介して積層される負電位用配線層21bを含む。上アームを構成する半導体素子3a、上アームを構成する半導体素子4a(図示せず)、および、上アームを構成する半導体素子5a(図示せず)の各々と、コンデンサ2の正電位端子2eとは、表層27を貫通する貫通孔22aと正電位用配線層21aとを介して電気的に接続されている。また、下アームを構成する半導体素子3b、下アームを構成する半導体素子4b(図示せず)、および、下アームを構成する半導体素子5b(図示せず)の各々と、コンデンサ2の負電位端子2fとは、表層27を貫通する貫通孔22bと負電位用配線層21bとを介して電気的に接続されている。なお、貫通孔22a、および、貫通孔22bは、それぞれ、特許請求の範囲の「第1貫通孔」および「第2貫通孔」の一例である。
具体的には、上アームを構成する半導体素子3a、上アームを構成する半導体素子4a(図示せず)、および、上アームを構成する半導体素子5a(図示せず)の各々のドレイン電極Dと、コンデンサ2の正電位端子2eとは、表層27を貫通する貫通孔22aと正電位用配線層21aとを介して電気的に接続されている。また、下アームを構成する半導体素子3b、下アームを構成する半導体素子4b(図示せず)、および、下アームを構成する半導体素子5b(図示せず)の各々のソース電極Sとコンデンサ2の負電位端子2fとは、表層27を貫通する貫通孔22bと負電位用配線層21bとを介して電気的に接続されている。
基板21は、正電位用配線層21aの下方に設けられ、モータ102(図示せず)に電圧を伝える出力用配線層21cを含む。すなわち、基板21は、Z2方向側から、出力用配線層21c、絶縁層104、正電位用配線層21a、絶縁層104、負電位用配線層21b、絶縁層104、表層27の順番で積層されるように構成されている。すなわち、貫通孔22aは、表層27、および、負電位用配線層21bの各々を貫通している。
上アームを構成する半導体素子3aのソース電極Sと、下アームを構成する半導体素子3bのドレイン電極Dとは、表層27を貫通する貫通孔22cと出力用配線層21cとを介して電気的に接続されている。また、上アームを構成する半導体素子4a(図示せず)のソース電極Sと、下アームを構成する半導体素子4b(図示せず)のドレイン電極Dとは、貫通孔22cと出力用配線層21cとを介して電気的に接続されている。また、上アームを構成する半導体素子5a(図示せず)のソース電極Sと、下アームを構成する半導体素子5b(図示せず)のドレイン電極Dとは、貫通孔22cと出力用配線層21cとを介して電気的に接続されている。なお、貫通孔22cは、表層27、正電位用配線層21a、および、負電位用配線層21bの各々を貫通している。
また、貫通孔22a、貫通孔22b、および、貫通孔22cの各々は、Z方向に延びるように形成されている。すなわち、図7に示すように、平面視において、正電位用配線層21aは、各上アームを構成する半導体素子のドレイン電極D、および、各コンデンサ2の正電位端子2eの各々を覆うように形成されている。また、図8に示すように、平面視において、負電位用配線層21bは、各下アームを構成する半導体素子のソース電極S、および、各コンデンサ2の負電位端子2fの各々を覆うように形成されている。また、図9に示すように、平面視において、出力用配線層21cは、上アームを構成する半導体素子3aのソース電極S、および、下アームを構成する半導体素子3bのドレイン電極Dの各々を覆うように形成されている。また、出力用配線層21cは、上アームを構成する半導体素子4aのソース電極S、および、下アームを構成する半導体素子4bのドレイン電極Dの各々を覆うように形成されている。また、出力用配線層21cは、上アームを構成する半導体素子5aのソース電極S、および、下アームを構成する半導体素子5bのドレイン電極Dの各々を覆うように形成されている。
なお、第3実施形態のその他の構成は、上記第1実施形態と同様である。
(第3実施形態の効果)
第3実施形態では、以下のような効果を得ることができる。
第3実施形態では、上記のように、基板21が、一対のU相半導体素子3と一対のV相半導体素子4と一対のW相半導体素子5とコンデンサ2とが配置される表層27と、表層27の下方に設けられ、正電位用配線層21aと、正電位用配線層21aと絶縁層104を介して積層される負電位用配線層21bとを含む。また、上アームを構成する半導体素子3a、上アームを構成する半導体素子4a、および、上アームを構成する半導体素子5aの各々とコンデンサ2の正電位端子2eとは、表層27を貫通する貫通孔22aと正電位用配線層21aとを介して電気的に接続されている。また、下アームを構成する半導体素子3b、下アームを構成する半導体素子4b、および、下アームを構成する半導体素子5bの各々と、コンデンサ2の負電位端子2fとは、表層27を貫通する貫通孔22bと負電位用配線層21bとを介して電気的に接続されるように構成されている。これにより、表層27の下方に正電位用配線層21aおよび負電位用配線層21bの各々を設けることによって、表層27上に各配線を設ける場合に比べて、配線幅を大きくすることができる。その結果、上アームを構成する半導体素子3a、上アームを構成する半導体素子4a、および、上アームを構成する半導体素子5aの各々とコンデンサ2の正電位端子2eとの間のインダクタンスを低減させることができる。また、下アームを構成する半導体素子3b、下アームを構成する半導体素子4b、および、下アームを構成する半導体素子5bの各々とコンデンサ2の負電位端子2fとの間のインダクタンスを低減させることができる。
なお、第3実施形態のその他の効果は、上記第1実施形態と同様である。
[変形例]
なお、今回開示された実施形態は、すべての点で例示であって制限的なものではないと考えられるべきである。本発明の範囲は、上記した実施形態の説明ではなく特許請求の範囲によって示され、さらに特許請求の範囲と均等の意味および範囲内でのすべての変更が含まれる。
たとえば、上記第1〜第3実施形態では、コンデンサ2が基板1(11、21)に5つ設けられている例を示したが、本発明はこれに限られない。たとえば、基板1(11、21)に設けられるコンデンサ2の数が5つ以外であってもよい。
また、上記第1〜第3実施形態では、基板1(11、21)が円形形状を有している構成の例を示したが、本発明はこれに限られない。基板1(11、21)は円形形状でなくてもよい。たとえば、図10に示すように、略矩形形状の基板31を用いてもよい。
また、上記第1〜第3実施形態では、X方向において、5つのコンデンサ2を、X1方向側に2つ、X2方向側に3つに分けて配置する構成の例を示したが、本発明はこれに限られない。たとえば、5つのコンデンサ2を、X1方向側に1つ、X2方向側に4つに分けて配置する構成であってもよい。
また、上記第1〜第3実施形態では、上アームを構成する半導体素子3aが下アームを構成する半導体素子3bに対してY1方向側、下アームを構成する半導体素子4bが上アームを構成する半導体素子4aに対してY1方向側、下アームを構成する半導体素子5bが上アームを構成する半導体素子5aに対してY1方向側に配置される構成の例を示したが、本発明はこれに限られない。たとえば、上アームを構成する半導体素子3aが下アームを構成する半導体素子3bに対してY2方向側、下アームを構成する半導体素子4bが上アームを構成する半導体素子4aに対してY2方向側、下アームを構成する半導体素子5bが上アームを構成する半導体素子5aに対してY2方向側に配置される構成であってもよい。
また、上記第1〜第3実施形態では、上アームを構成する半導体素子3a、下アームを構成する半導体素子3b、上アームを構成する半導体素子4a、下アームを構成する半導体素子4b、上アームを構成する半導体素子5a、および、下アームを構成する半導体素子5bの各々が表層7(17、27)に実装される構成の例を示したが、本発明はこれに限られない。たとえば、上アームを構成する半導体素子3aと下アームを構成する半導体素子3b、上アームを構成する半導体素子4aと下アームを構成する半導体素子4b、および、上アームを構成する半導体素子5aと下アームを構成する半導体素子5bとの各々を、モジュール化する構成であってもよい。
また、上記第1〜第3実施形態では、各コンデンサ2が円形形状を有している構成の例を示したが、本発明はこれに限られない。たとえば、各コンデンサ2が正方形状を有していてもよい。
また、上記第1〜第3実施形態では、長さL1が長さL2よりも小さい構成の例を示したが、本発明はこれに限られない。本発明では、長さL1が長さL2よりも大きい構成であってもよい。
また、上記第3実施形態では、上アームを構成する半導体素子3a、下アームを構成する半導体素子3b、上アームを構成する半導体素子4a、下アームを構成する半導体素子4b、上アームを構成する半導体素子5a、および、下アームを構成する半導体素子5bの各々が、表層27に実装される構成の例を示したが、本発明はこれに限られない。たとえば、上アームを構成する半導体素子3a、下アームを構成する半導体素子3b、上アームを構成する半導体素子4a、下アームを構成する半導体素子4b、上アームを構成する半導体素子5a、および、下アームを構成する半導体素子5bの各々が、リード端子を含む構成であってもよい。
また、上記第2実施形態では、各電極パッド12間を銅バー13によって接続する構成の例を示したが、本発明はこれに限られない。たとえば、各電極パッド12間を、ワイヤボンディングによって接続する構成であってもよい。
また、上記第2実施形態では、第1基板11aと第2基板11bとが、半田付けによって接合されている例を示したが、本発明はこれに限られない。たとえば、溶接、または、ねじによる固定によって、第1基板11aと第2基板11bとを接合してもよい。
また、上記第2実施形態では、第1基板11aおよび第2基板11bの各々は金属基板を含む構成の例を示したが、本発明はこれに限られない。たとえば、第1基板11aが、配線層からなる多層構造であってもよい。この場合、第1基板11aに配置されるアームは、リード端子を有する構成であってもよい。
また、上記第3実施形態では、上記第1実施形態および上記第2実施形態の各々と同様に、各アームを配置する構成の例を示したが、本発明はこれに限られない。たとえば、各アームのX方向における向きを反転させてもよい。また、上アームを構成する半導体素子3aと下アームを構成する半導体素子3b、上アームを構成する半導体素子4aと下アームを構成する半導体素子4b、および、上アームを構成する半導体素子5aと下アームを構成する半導体素子5bとの各々の、Y方向における配置を反転させてもよい。
また、上記第3実施形態では、基板21が、正電位用配線層21a、負電位用配線層21b、出力用配線層21c、および、表層27の4層からなる構成の例を示したが、本発明はこれに限られない。たとえば、基板21が、4層以上の複数の層からなる構成であってもよい。
また、上記第3実施形態では、Z2方向側から、出力用配線層21c、正電位用配線層21a、負電位用配線層21bの順番で積層されている構成の例を示したが、本発明はこれに限られない。たとえば、出力用配線層21c、負電位用配線層21b、正電位用配線層21aの順番で積層される構成であってもよい。