JP7275619B2 - 電力変換装置 - Google Patents

Description

この発明は、電力変換装置に関し、特に、半導体素子から発熱される熱を放熱するための放熱部材を備える電力変換装置に関する。

従来、半導体素子から発熱される熱を放熱するための放熱部材が知られている（たとえば、特許文献１参照）。

上記特許文献１には、プリント基板の表面に設けられる電子部品と、プリント基板の表面に設けられる導電部とが開示されている。なお、導電部の厚みは、比較的小さい。また、電子部品は、パワーモジュールなどにより構成されており、電子部品が使用されることにより熱が発生する。また、電子部品の表面上には、複数の放熱フィンを含むヒートシンクが設けられている。ヒートシンクによって、電子部品から発生した熱が放熱される。

また、プリント基板の表面に設けられる導電部は、電子部品に接続されている。また、導電部は、複数設けられている。また、複数の導電部に跨るように、配線部材が設けられている。配線部材は、複数の導電部を電気的に接続する。また、配線部材は、１枚の板状の金属が折り曲げられることにより形成されている。配線部材は、水平面に沿って延びる平板状の導電性接続部と、導電性接続部から延びる複数の端子部とを含む。複数の端子部は、プリント基板の表面に設けられる導電部に接続される。また、配線部材は、放熱部を含む。放熱部は、水平面に沿って延びる平板状の導電性接続部に直交するように設けられている。また、放熱部は、導電性接続部から上方に延びるように設けられている。そして、導電部に流れる電流によって発生する熱が、配線部材の放熱部から放熱される。

特開２０１５－５３３０６号公報

しかしながら、上記特許文献１に記載のような従来の構成では、電子部品（パワーモジュール）から発生した熱を放熱するためのヒートシンクと、導電部に流れる電流によって発生する熱を放熱するための配線部材（導体）の放熱部とが別個に設けられているため、構成が複雑になるという問題点がある。

この発明は、上記のような課題を解決するためになされたものであり、この発明の１つの目的は、構成が複雑になるのを抑制しながら、電力変換用の半導体素子および導体から発生する熱を放熱することが可能な電力変換装置を提供することである。

上記目的を達成するために、この発明の第１の局面による電力変換装置は、基板と、基板の表面に実装される電力変換用の半導体素子と、基板と別体で基板の表面上に配置され、半導体素子に電気的に接続される導体と、半導体素子と導体とに跨るように配置され、半導体素子から発熱される熱と導体から発熱される熱とを放熱するための、半導体素子と導体とは絶縁されている放熱部材とを備える。

この発明の第１の局面による電力変換装置は、上記のように、半導体素子と導体とに跨るように配置され、半導体素子から発熱される熱と導体から発熱される熱とを放熱するための放熱部材を備える。これにより、半導体素子から発熱される熱と導体から発熱される熱とが、半導体素子と導体とに跨るように配置された放熱部材により放熱される。その結果、半導体素子から発生する熱を放熱する放熱部材と導体から発生する熱を放熱する放熱部材とを別個に設ける場合と異なり、構成が複雑になるのを抑制しながら、電力変換用の半導体素子および導体から発生する熱を放熱することができる。

上記第１の局面による電力変換装置において、好ましくは、導体は、半導体素子に正電位を印加する正電位導体と、半導体素子に負電位を印加する負電位導体と、３相の交流電力を出力する複数の出力用導体とを含み、放熱部材は、半導体素子と、正電位導体と、負電位導体と、複数の出力用導体とに跨るように配置されている。このように構成すれば、放熱部材を、半導体素子と、正電位導体と、負電位導体と、複数の出力用導体とに対して別個に設ける場合と異なり、構成が複雑になるのをより抑制することができる。

上記第１の局面による電力変換装置において、好ましくは、基板に対する導体の高さは、基板に対する半導体素子の高さ以下である。このように構成すれば、導体の高さが、半導体素子の高さと同一である場合、導体と半導体素子に跨る放熱部材を水平に保つことができる。また、導体の高さが半導体素子の高さよりも小さい場合、放熱部材と導体との間に導電性のペーストなどを配置することによって、容易に、導体（導電性のペースト）と半導体素子とに跨る放熱部材を水平に保つことができる。

上記第１の局面による電力変換装置において、好ましくは、基板は、交互に積層された複数の導電層および複数の絶縁層を含み、導体の厚みは、基板の導電層の厚みよりも大きい。このように構成すれば、導体の断面積を比較的大きくすることができるので、導体の電気的抵抗を低減することができる。その結果、導体から発生する熱を低減することができる。

上記第１の局面による電力変換装置において、好ましくは、半導体素子は、半導体素子の放熱部材側に設けられ、半導体素子から発熱される熱を放熱するための導電性部材を含み、少なくとも放熱部材の半導体素子側および導体側には、半導体素子の導電性部材と導体とを絶縁する絶縁部が設けられている。このように構成すれば、半導体素子と導体とが短絡するのを絶縁部により抑制しながら、電力変換装置の構成が複雑になるのを抑制することができる。

この場合、好ましくは、放熱部材は、半導体素子および導体側に設けられる絶縁部と、絶縁部の半導体素子および導体とは反対側に設けられる導電性を有する導電性放熱部材とを含む。このように構成すれば、半導体素子と導体とが短絡するのを絶縁部により抑制しながら、比較的一般的な導電性を有する導電性放熱部材によって半導体素子から発生した熱および導体から発生した熱を放熱することができる。

上記第１の局面による電力変換装置において、好ましくは、基板は、交互に積層された複数の導電層および複数の絶縁層を含み、基板の裏面側に配置され、半導体素子を制御するための制御部をさらに備え、半導体素子と制御部とは、導電層および絶縁層が積層された基板に設けられるスルーホールビアを介して電気的に接続されている。このように構成すれば、半導体素子が基板の表面側に配置され、制御部が基板の裏面側に配置されるので、比較的高い電圧が印加される基板の表面側に対する制御部の絶縁距離を確保することができる。

上記第１の局面による電力変換装置において、好ましくは、導体は、半導体素子に正電位を印加する正電位導体と、半導体素子に負電位を印加する負電位導体とを含み、基板は、交互に積層された複数の導電層および複数の絶縁層を含み、正電位導体は、複数の導電層のうちの第１導電層に第１ビアを介して電気的に接続され、負電位導体は、複数の導電層のうちの第１導電層とは異なる第２導電層に第２ビアを介して電気的に接続されており、第１導電層と第２導電層とは、導電層と絶縁層とが積層される方向から見て、オーバラップしている。このように構成すれば、第１導電層と第２導電層とが積層される（ラミネートされる）ので、正電位導体と負電位導体との間のインダクタンスを低減することができる。これにより、半導体素子がスイッチング素子などを含む場合のスイッチングサージを低減することができる。また、第１導電層と第２導電層とが絶縁層によって封止されるので、絶縁距離を小さくすることができるとともに、第１導電層の面積および第２導電層の面積を比較的大きくすることができる。

上記第１の局面による電力変換装置において、好ましくは、基板の裏面側に配置され、半導体素子を制御するための制御部をさらに備え、基板は、導体に電気的に接続される導体用導電層と、基板の裏面側に設けられ制御部に電気的に接続される制御部用導電層とをさらに含み、導体用導電層と制御部用導電層との間には、導体用導電層側から制御部用導電層側に熱が伝導するのを抑制するための熱伝導遮蔽部材が設けられている。このように構成すれば、比較的高温になる導体用導電層側から制御部に熱が伝導するのを抑制することができるので、熱に起因する制御部への悪影響を抑制することができる。

この場合、好ましくは、熱伝導遮蔽部材は、板状の導電性を有する第１部分と、第１部分の表面側および裏面側を覆う絶縁性の第２部分とを含む。このように構成すれば、板状の導電性を有する第１部分によって電磁波が遮蔽されるので、電磁波に起因する制御部への悪影響を抑制することができる。
この発明の第２の局面による電力変換装置は、基板と、基板の表面に実装される電力変換用の半導体素子と、基板と別体で基板の表面上に配置され、半導体素子に電気的に接続される導体と、半導体素子と導体とに跨るように配置され、半導体素子から発熱される熱と導体から発熱される熱とを放熱するための放熱部材とを備え、導体は、半導体素子に正電位を印加する正電位導体と、半導体素子に負電位を印加する負電位導体と、３相の交流電力を出力する複数の出力用導体とを含み、放熱部材は、半導体素子と、正電位導体と、負電位導体と,複数の出力用導体とに跨るように配置されている。
この発明の第３の局面による電力変換装置は、基板と、基板の表面に実装される電力変換用の半導体素子と、基板と別体で基板の表面上に配置され、半導体素子に電気的に接続される導体と、半導体素子と導体とに跨るように配置され、半導体素子から発熱される熱と導体から発熱される熱とを放熱するための放熱部材とを備え、導体は、半導体素子に正電位を印加する正電位導体と、半導体素子に負電位を印加する負電位導体とを含み、基板は、交互に積層された複数の導電層および複数の絶縁層を含み、正電位導体は、複数の導電層のうちの第１導電層に第１ビアを介して電気的に接続され、負電位導体は、複数の導電層のうちの第１導電層とは異なる第２導電層に第２ビアを介して電気的に接続されており、第１導電層と第２導電層とは、導電層と絶縁層とが積層される方向から見て、オーバラップしている。
この発明の第４の局面による電力変換装置は、基板と、基板の表面に実装される電力変換用の半導体素子と、基板と別体で基板の表面上に配置され、半導体素子に電気的に接続される導体と、半導体素子と導体とに跨るように配置され、半導体素子から発熱される熱と導体から発熱される熱とを放熱するための放熱部材と、基板の裏面側に配置され、半導体素子を制御するための制御部と、を備え、基板は、導体に電気的に接続される導体用導電層と、基板の裏面側に設けられ制御部に電気的に接続される制御部用導電層とをさらに含み、導体用導電層と制御部用導電層との間には、導体用導電層側から制御部用導電層側に熱が伝導するのを抑制するための熱伝導遮蔽部材が設けられている。

本発明によれば、構成が複雑になるのを抑制しながら、電力変換用の半導体素子および導体から発生する熱を放熱することが可能な電力変換装置を提供することができる。

第１実施形態による電力変換装置をＸ１方向側から見た側面図である。 第１実施形態による電力変換装置をＹ方向側から見た側面図である。 第１実施形態による電力変換装置をＸ２方向側から見た斜視図である。 第１実施形態による電力変換装置をＸ２方向側から見た分解斜視図である。 第１実施形態による電力変換装置の半導体素子の表面を示す図である。 第１実施形態による電力変換装置の半導体素子の裏面を示す図である。 第１実施形態による電力変換装置の回路図である。 第１実施形態による電力変換装置の断面図（模式図）である。 第１実施形態による電力変換装置の基板の６層目の導電層を示す図である。 第１実施形態による電力変換装置の基板の５層目の導電層を示す図である。 第１実施形態による電力変換装置の基板の４層目の導電層を示す図である。 第１実施形態による電力変換装置の基板の３層目の導電層を示す図である。 第１実施形態による電力変換装置の基板の２層目の導電層を示す図である。 第１実施形態による電力変換装置の基板の１層目の導電層を示す図である。 第２実施形態による電力変換装置の断面図（模式図）である。 変形例による電力変換装置の半導体素子の断面図（模式図）である。

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］
図１～図１４を参照して、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。

（電力変換装置の構成）
図１～図４に示すように、電力変換装置１００は、基板１０を備えている。なお、基板１０の具体的な構成につては、後述する。

また、図１および図２に示すように、電力変換装置１００は、電力変換用の半導体素子２０を備えている。半導体素子２０は、スイッチング素子からなる。また、半導体素子２０は、基板１０の表面１０ａ（Ｚ２方向側）に実装されるように構成されている。具体的には、図５および図６に示すように、半導体素子２０は、表面実装型の半導体素子２０である。半導体素子２０の表面２０ａ側には、ソースＳ、ドレインＤおよびゲートＤが設けられている。また、ソースＳ、ドレインＤおよびゲートＤは、ピン形状ではなく、平坦面形状を有する。そして、半導体素子２０のソースＳ、ドレインＤおよびゲートＤは、基板１０の導電層５６（図９参照）に接続される。なお、半導体素子２０は、ピンが存在しないＱＦＮ型（Ｑｕａｄ Ｆｏｒ Ｎｏｎ－Ｌｅａｄ Ｐａｃｋａｇｅ）である。

また、半導体素子２０の裏面２０ｂ側には、半導体素子２０から発熱される熱を放熱するためのサーマルパッド２０ｃが設けられている。また、平面視において、サーマルパッド２０ｃの面積は、ソースＳ、ドレインＤおよびゲートＤの各々の面積よりも大きい。なお、サーマルパッド２０ｃは、特許請求の範囲の「導電性部材」の一例である。

また、図７に示すように、電力変換用の半導体素子２０は、複数設けられている。複数の半導体素子２０は、Ｕ相の上アームを構成する半導体素子２０ｕｕと、Ｕ相の下アームを構成する半導体素子２０ｕｄとを含む。また、半導体素子２０は、Ｖ相の上アームを構成する半導体素子２０ｖｕと、Ｖ相の下アームを構成する半導体素子２０ｖｄとを含む。また、半導体素子２０は、Ｗ相の上アームを構成する半導体素子２０ｗｕと、Ｗ相の下アームを構成する半導体素子２０ｗｄとを含む。

また、図８および図９に示すように、電力変換装置１００は、バスバー３０を備えている。バスバー３０は、基板１０と別体で基板１０の表面１０ａ上に配置されている。また、バスバー３０は、半導体素子２０に電気的に接続される。また、バスバー３０は、たとえば、銅などにより形成されている。また、図９に示すように、バスバー３０は、半導体素子２０に正電位（Ｐ）を印加する正電位バスバー３０ｐと、半導体素子２０に負電位（Ｎ）を印加する負電位バスバー３０ｎとを含む。また、バスバー３０は、３相の交流電力を出力する３つのバスバー３０（Ｕ相バスバー３０ｕ、Ｖ相バスバー３０ｖおよびＷ相バスバー３０ｗ）を含む。また、正電位バスバー３０ｐおよび負電位バスバー３０ｎは、電力変換装置１００のＸ２方向側にＹ方向に沿って並ぶように配置されている。また、Ｕ相バスバー３０ｕ、Ｖ相バスバー３０ｖおよびＷ相バスバー３０ｗは、電力変換装置１００のＸ１方向側にＹ方向に沿って並ぶように配置されている。なお、バスバー３０は、特許請求の範囲の「導体」の一例である。また、Ｕ相バスバー３０ｕ、Ｖ相バスバー３０ｖおよびＷ相バスバー３０ｗは、特許請求の範囲の「出力用導体」の一例である。

ここで、第１実施形態では、図８に示すように、電力変換装置１００は、半導体素子２０と、バスバー３０（正電位バスバー３０ｐ、負電位バスバー３０ｎ、Ｕ相バスバー３０ｕ、Ｖ相バスバー３０ｖおよびＷ相バスバー３０ｗ）に跨るように配置される放熱部材４０を備える。放熱部材４０は、半導体素子２０から発熱される熱と、バスバー３０から発熱される熱とを放熱するように構成されている。具体的には、平面視において、放熱部材４０は、基板１０の略全体を覆うように設けられている。また、平面視において、放熱部材４０は、基板１０と同様に略長方形形状を有する。

また、第１実施形態では、放熱部材４０は、半導体素子２０およびバスバー３０側に設けられるヒートスプレッダ４１を含む。ヒートスプレッダ４１は、半導体素子２０のサーマルパッド２０ｃとバスバー３０とを絶縁するように構成されている。また、ヒートスプレッダ４１は、平板形状を有する。また、平面視において、ヒートスプレッダ４１は、基板１０の略全体を覆うように設けられている。また、平面視において、ヒートスプレッダ４１は、基板１０と同様に略長方形形状を有する。また、放熱部材４０は、ヒートシンク４２を含む。ヒートシンク４２は、ヒートスプレッダ４１の半導体素子２０およびバスバー３０とは反対側に設けられる。また、ヒートシンク４２は、導電性を有する金属（アルミニウムなど）により形成されている。また、ヒートシンク４２は、複数の放熱フィン４２ａを含む。なお、ヒートスプレッダ４１は、特許請求の範囲の「絶縁部」の一例である。また、ヒートシンク４２は、特許請求の範囲の「導電性放熱部材」の一例である。

また、ヒートスプレッダ４１は、セラミックスなどにより構成されている。具体的には、ヒートスプレッダ４１は、窒化アルミや、窒化ケイ素などの比較的熱伝導性の高い材料を含むセラミックスなどにより構成されている。

また、第１実施形態では、図８に示すように、基板１０に対するバスバー３０の高さｈ２は、基板１０に対する半導体素子２０の高さｈ１よりも小さい。そして、バスバー３０と放熱部材４０との間には、導電性のペースト４３（または、導電性の接着剤など）が配置されている。これにより、半導体素子２０とバスバー３０との上に平板形状のヒートスプレッダ４１が配置された状態で、ヒートスプレッダ４１は、水平面に沿った状態となる。

また、第１実施形態では、バスバー３０の厚みｔ１は、基板１０の後述する導電層５０の厚みｔ２よりも大きい。たとえば、バスバー３０の厚みｔ１は、約０．６ｍｍである。また、基板１０の導電層５０の厚みｔ２は、約１００μｍである。

（基板の構成）
図８に示すように、基板１０は、交互に積層された複数の導電層５０（導電層５１～５６）および複数の絶縁層６０を含む。具体的には、導電層５０は、６層設けられている。そして、６層の導電層５０の間に絶縁層６０が設けられている。導電層５０は、たとえば、銅により構成されている。絶縁層６０は、たとえば、樹脂により構成されている。絶縁層６０は、平面視において、略長方形形状を有する。絶縁層６０は、たとえば数百μｍの厚みを有する。

また、図９に示すように、半導体素子２０は、６層目の導電層５６に電気的に接続されている。また、正電位バスバー３０ｐ、負電位バスバー３０ｎ、Ｕ相バスバー３０ｕ、Ｖ相バスバー３０ｖおよびＷ相バスバー３０ｗも、６層目の導電層５６に電気的に接続されている。具体的には、Ｕ相の上アームを構成する半導体素子２０ｕｕのドレインＤと、Ｖ相の上アームを構成する半導体素子２０ｖｕのドレインＤと、正電位バスバー３０ｐとは、導電層５６ａに電気的に接続されている。また、Ｕ相の上アームを構成する半導体素子２０ｕｕのソースＳと、Ｕ相の下アームを構成する半導体素子２０ｕｄのドレインＤと、Ｕ相バスバー３０ｕとは、導電層５６ｂに電気的に接続されている。

また、Ｕ相の下アームを構成する半導体素子２０ｕｕのソースＳと、Ｖ相の下アームを構成する半導体素子２０ｖｄのソースＳとは、導電層５６ｃに電気的に接続されている。Ｖ相の上アームを構成する半導体素子２０ｖｕのソースＳと、Ｖ相の下アームを構成する半導体素子２０ｖｄのドレインＤと、Ｖ相バスバー３０ｖとは、導電層５６ｄに電気的に接続されている。

また、Ｗ相の上アームを構成する半導体素子２０ｗｕのドレインＤは、導電層５６ｅに電気的に接続されている。Ｗ相の上アームを構成する半導体素子２０ｗｕのソースＳと、Ｗ相の下アームを構成する半導体素子２０ｗｄのドレインＤと、Ｗ相バスバー３０ｗとは、導電層５６ｆに電気的に接続されている。また、Ｗ相の下アームを構成する半導体素子２０ｗｄのソースＳと、負電位バスバー３０ｎとは、導電層５６ｇに電気的に接続されている。

また、図１０に示すように、５層目の導電層５５は、導電層５５ａ、導電層５５ｂおよび導電層５５ｃを含む。

また、図１１に示すように、４層目の導電層５４は、導電層５４ａ、導電層５４ｂおよび導電層５４ｃを含む。

また、図１２に示すように、３層目の導電層５３は、導電層５３ａ、導電層５３ｂおよび導電層５３ｃを含む。

また、図１３に示すように、２層目の導電層５２は、導電層５２ａ、導電層５２ｂ、および、ＧＮＤとしての導電層５２ｃを含む。

ここで、第１実施形態では、図１４に示すように、基板１０の裏面１０ｂ側には、半導体素子２０を制御するための制御部７０が配置されている。具体的には、基板１０の１層目の導電層５１は、導電層５１ａ、導電層５１ｂ、および、制御部７０に電気的に接続される導電層５１ｃを含む。なお、制御部７０は、半導体素子２０を駆動するゲートドライバなどを含む。また、１層目の導電層５１ａおよび５１ｂには、正電位（Ｐ）と、負電位（Ｎ）との間に設けられるコンデンサ８１なども電気的に接続されている。また、１層目の導電層５１ｃには、ＤＣ－ＤＣコンバータ８２なども電気的に接続されている。

そして、図８に示すように、半導体素子２０と制御部７０とは、導電層５０および絶縁層６０が積層された基板１０に設けられるスルーホールビア１１を介して電気的に接続されている。なお、スルーホールビア１１とは、基板１０を貫通する導電性の部材である。また、スルーホールビア１１は、基板１０に設けられた貫通孔（スルーホール）に配置されている。また、スルーホールビア１１と、導電層５２～導電層５５とは、絶縁されている。

また、図８～図１４に示すように、正電位バスバー３０ｐは、６層目の導電層５６ａ、５層目の導電層５５ｂ、４層目の導電層５４ａ、３層目の導電層５３ｂ、２層目の導電層５２ａ、および、１層目の導電層５１ａに、スルーホールビア１２を介して電気的に接続されている。なお、４層目の導電層５４ａの面積は比較的大きく、たとえば、絶縁層６０の面積の１／２よりも大きい。

また、第１実施形態では、正電位バスバー３０ｐは、インナビア１３を介して、６層目の導電層５６ｅ、５層目の導電層５５ｃ、４層目の導電層５４ａ、および、３層目の導電層５３ｃに電気的に接続されている。なお、インナビア１３は、特許請求の範囲の「第１ビア」の一例である。

また、負電位バスバー３０ｎは、６層目の導電層５６ｇ、５層目の導電層５５ａ、４層目の導電層５４ｂ、３層目の導電層５３ａ、２層目の導電層５２ｂ、および、１層目の導電層５１ｂに、スルーホールビア１５を介して電気的に接続されている。なお、５層目の導電層５５ａの面積と、３層目の導電層５３ａの面積とは比較的大きく、たとえば、絶縁層６０の面積の１／２よりも大きい。

また、第１実施形態では、負電位バスバー３０ｎは、複数の導電層５０のうちの正電位バスバー３０ｐが接続される導電層５０とは異なる導電層５０にインナビア１４を介して電気的に接続されている。具体的には、負電位バスバー３０ｎは、インナビア１４を介して、６層目の導電層５６ｃ、５層目の導電層５５ａ、４層目の導電層５４ｃ、および、３層目の導電層５３ａに電気的に接続されている。なお、導電層５４は、特許請求の範囲の「第１導電層」の一例である。また、導電層５３および５５は、特許請求の範囲の「第２導電層」の一例である。また、インナビア１４は、特許請求の範囲の「第２ビア」の一例である。

そして、第１実施形態では、負電位バスバー３０ｎに電気的に接続される５層目の導電層５５ａと、正電位バスバー３０ｐに電気的に接続される４層目の導電層５４ａと、負電位バスバー３０ｎに電気的に接続される３層目の導電層５３ａとは、導電層５０と絶縁層６０とが積層される方向（Ｚ方向）から見て、オーバラップしている。つまり、５層目の導電層５５ａと、４層目の導電層５４ａと、３層目の導電層５３ａとによってラミネート構造が形成されている。

（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、電力変換装置１００は、半導体素子２０とバスバー３０とに跨るように配置され、半導体素子２０から発熱される熱とバスバー３０から発熱される熱とを放熱するための放熱部材４０を備える。これにより、半導体素子２０から発熱される熱とバスバー３０から発熱される熱とが、半導体素子２０とバスバー３０とに跨るように配置された放熱部材４０により放熱される。その結果、半導体素子２０から発生する熱を放熱する放熱部材４０とバスバー３０から発生する熱を放熱する放熱部材４０とを別個に設ける場合と異なり、構成が複雑になるのを抑制しながら、電力変換用の半導体素子２０およびバスバー３０から発生する熱を放熱することができる。

また、第１実施形態では、上記のように、放熱部材４０は、半導体素子２０と、正電位バスバー３０ｐと、負電位バスバー３０ｎと、複数の出力用のバスバー３０（Ｕ相バスバー３０ｕ、Ｖ相バスバー３０ｖおよびＷ相バスバー３０ｗ）とに跨るように配置されている。これにより、放熱部材４０を、半導体素子２０と、正電位バスバー３０ｐと、負電位バスバー３０ｎと、Ｕ相バスバー３０ｕ、Ｖ相バスバー３０ｖおよびＷ相バスバー３０ｗとに対して別個に設ける場合と異なり、構成が複雑になるのをより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、バスバー３０の高さｈ２が半導体素子２０の高さｈ１よりも小さい。これにより、放熱部材４０とバスバー３０との間に導電性のペースト４３などを配置することによって、容易に、バスバー３０（導電性のペースト４３）と半導体素子２０とに跨る放熱部材４０を水平に保つことができる。

また、第１実施形態では、上記のように、バスバー３０の厚みｔ１は、基板１０の導電層５０の厚みｔ２よりも大きい。これにより、バスバー３０の断面積を比較的大きくすることができるので、バスバー３０の電気的抵抗を低減することができる。その結果、バスバー３０から発生する熱を低減することができる。

また、第１実施形態では、上記のように、少なくとも放熱部材４０の半導体素子２０側およびバスバー３０側には、半導体素子２０のサーマルパッド２０ｃとバスバー３０とを絶縁するヒートスプレッダ４１が設けられている。これにより、半導体素子２０とバスバー３０とが短絡するのをヒートスプレッダ４１により抑制しながら、電力変換装置１００の構成が複雑になるの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、放熱部材４０は、半導体素子２０およびバスバー３０側に設けられるヒートスプレッダ４１と、ヒートスプレッダ４１の半導体素子２０およびバスバー３０とは反対側に設けられる導電性を有するヒートシンク４２とを含む。これにより、半導体素子２０とバスバー３０とが短絡するのをヒートスプレッダ４１により抑制しながら、比較的一般的な導電性を有するヒートシンク４２によって半導体素子２０から発生した熱およびバスバー３０から発生した熱を放熱することができる。

また、第１実施形態では、上記のように、半導体素子２０と制御部７０とは、導電層５０および絶縁層６０が積層された基板１０に設けられるスルーホールビア１１を介して電気的に接続されている。これにより、半導体素子２０が基板１０の表面１０ａ側に配置され、制御部７０が基板１０の裏面１０ｂ側に配置されるので、比較的高い電圧が印加される基板１０の表面１０ａ側に対する制御部７０の絶縁距離を確保することができる。

また、第１実施形態では、上記のように、正電位バスバー３０ｐは、複数の導電層５０のうちの導電層５４ａにインナビア１３を介して電気的に接続され、負電位バスバー３０ｎは、複数の導電層５０のうちの導電層５４ａとは異なる導電層５５ａおよび導電層５３ａにインナビア１４を介して電気的に接続されている。そして、導電層５４ａと、導電層５５ａおよび導電層５３ａとは、導電層５０と絶縁層６０とが積層される方向から見て、オーバラップしている。これにより、導電層５４ａと、導電層５５ａおよび導電層５３ａとが積層される（ラミネートされる）ので、正電位バスバー３０ｐと負電位バスバー３０ｎとの間のインダクタンスを低減することができる。その結果、半導体素子２０がスイッチング素子などを含む場合のスイッチングサージを低減することができる。また、導電層５４ａと、導電層５５ａと、導電層５３ａとが絶縁層６０によって封止さるので、絶縁距離を小さくすることができるとともに、導電層５４ａ、導電層５５ａおよび導電層５３ａの面積を比較的大きくすることができる。

［第２実施形態］
図１５を参照して、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、バスバー３０側の導電層５０から制御部７０側の導電層５０に熱が伝導するのを抑制するための熱伝導遮蔽部材２０１が設けられている。

図１５に示すように、上記第１実施形態と同様に、基板１０の裏面１０ｂ側（１層目）には、半導体素子２０を制御するための制御部７０が配置されている。また、基板１０の表面１０ａ側には、半導体素子２０およびバスバー３０が配置されている。

ここで、第２実施形態では、基板１０には、バスバー３０側の導電層５０から制御部７０側の導電層５０に熱が伝導するのを抑制するための熱伝導遮蔽部材２０１が設けられている。具体的には、熱伝導遮蔽部材２０１は、２層目の導電層５２と、３層目の導電層５３との間に設けられている。つまり、熱伝導遮蔽部材２０１は、比較的高い電圧が印加され高温となる３層目～６層目と、比較的低い電圧が印加され比較的低温である１層目および２層目との間に設けられている。なお、３層目の導電層５３、４層目の導電層５４および５層目の導電層５５は、特許請求の範囲の「導体用導電層」の一例である。また、１層目の導電層５１および２層目の導電層５２は、特許請求の範囲の「制御部用導電層」の一例である。

また、第２実施形態では、熱伝導遮蔽部材２０１は、板状の導電性を有する第１部分２０１ａと、第１部分２０１ａの表面側および裏面側を覆う絶縁性の第２部分２０１ｂとを含む。第１部分２０１ａは、アルミニウムや銅などの比較的熱伝導率の高い部材からなる。また、第２部分２０１ｂは、ガラスエポキシ樹脂やセラミックスなどの絶縁部材からなる。また、第１部分２０１ａの厚みは、バスバー３０と同程度である。また、第２部分２０１ｂの厚みは、数百μｍである。また、導電性を有する第１部分２０１ａは、一定の電位（たとえば、負電位）に接続されている。

また、熱伝導遮蔽部材２０１と、２層目の導電層５２と、３層目の導電層５３とは、熱をかけながら圧接することにより、互いに固定される。

（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、３層目の導電層５３と２層目の導電層５２との間には、３層目の導電層５３側から２層目の導電層５２側に熱が伝導するのを抑制するための熱伝導遮蔽部材２０１が設けられている。これにより、比較的高温になる３層目の導電層５３側から制御部７０に熱が伝導するのを抑制することができるので、熱に起因する制御部７０への悪影響を抑制することができる。

また、第２実施形態では、上記のように、熱伝導遮蔽部材２０１は、板状の導電性を有する第１部分２０１ａと、第１部分２０１ａの表面側および裏面１０ｂ側を覆う絶縁性の第２部分２０１ｂとを含む。これにより、板状の導電性を有する第１部分２０１ａによって電磁波が遮蔽されるので、電磁波に起因する制御部７０への悪影響を抑制することができる。

［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（変形例）が含まれる。

たとえば、上記第１および第２実施形態では、基板に対するバスバーの高さは、基板に対する半導体素子の高さよりも小さい例を示したが、本発明はこれに限られない。たとえば、基板に対するバスバーの高さと、基板に対する半導体素子の高さとが略同一であってもよい。これにより、導電性のペーストなどを用いることなく、放熱部材を水平に保つことができる。

また、上記第１および第２実施形態では、基板が、複数の導電層および複数の絶縁層が交互に積層されることにより形成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、１つの導電層と、１つの絶縁層とが積層された基板に対して、半導体素子とバスバーとに跨るように放熱部材を配置する構成を適用することは可能である。

また、上記第１および第２実施形態では、基板が、６層の導電層により形成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、基板が、６層以外の層（４層など）の導電層により形成されていてもよい。

また、上記第１および第２実施形態では、放熱部材が、ヒートスプレッダとヒートシンクとにより構成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、図１６に示す変形例のように、本発明の「放熱部材」として、セラミックスなどにより形成された放熱部材３４０を用いてもよい。これにより、部品点数を減らすことができる。

また、上記第１および第２実施形態では、半導体素子が、ＱＦＮ型である例を示したが、本発明はこれに限られない。たとえば、半導体素子が、ＱＦＰ型（Ｑｕａｄ Ｆｌａｔ Ｐａｃｋａｇｅ）であってもよい。

また、上記第２実施形態では、熱伝導遮蔽部材が、板状の導電性を有する第１部分と絶縁性の第２部分とを含む例を示したが、本発明はこれに限られない。たとえば、熱伝導遮蔽部材が、説遠征を有するとともに熱の伝導を遮蔽可能な１つの部材により構成されていてもよい。

また、上記第１および第２実施形態では、本発明の「導体」の一例としてバスバーが用いられる例を示したが、本発明はこれに限られない。たとえば、本発明の「導体」の一例として、基板（プリント基板）上に形成される銅箔のパターンを用いてもよい。

１０ 基板
１０ａ 表面
１０ｂ 裏面
１１ スルーホールビア
１３ インナビア（第１ビア）
１４ インナビア（第２ビア）
２０ 半導体素子
２０ｃ サーマルパッド（導電性部材）
３０ バスバー（導体）
３０ｐ 正電位バスバー
３０ｎ 負電位バスバー
３０ｕ Ｕ相バスバー（出力用導体）
３０ｖ Ｖ相バスバー（出力用導体）
３０ｗ Ｗ相バスバー（出力用導体）
４０、３４０ 放熱部材
４１ ヒートスプレッダ（絶縁部）
４２ ヒートシンク（導電性放熱部材）
５０ 導電層
５１、５２ 導電層（制御部用導電層）
５３、５５ 導電層（第２導電層、導体用導電層）
５４ 導電層（第１導電層、導体用導電層）
５６ 導電層（導体用導電層）
６０ 絶縁層
７０ 制御部
１００、２００ 電力変換装置
２０１ 熱伝導遮蔽部材
２０１ａ 第１部分
２０１ｂ 第２部分

Claims (13)

1. 基板と、
   前記基板の表面に実装される電力変換用の半導体素子と、
   前記基板と別体で前記基板の表面上に配置され、前記半導体素子に電気的に接続される導体と、
   前記半導体素子と前記導体とに跨るように配置され、前記半導体素子から発熱される熱と前記導体から発熱される熱とを放熱するための、前記半導体素子と前記導体とは絶縁されている放熱部材とを備える、電力変換装置。
2. 前記導体は、前記半導体素子に正電位を印加する正電位導体と、前記半導体素子に負電位を印加する負電位導体と、３相の交流電力を出力する複数の出力用導体とを含み、
   前記放熱部材は、前記半導体素子と、前記正電位導体と、前記負電位導体と,
   前記複数の出力用導体とに跨るように配置されている、請求項１に記載の電力変換装置。
3. 前記基板に対する前記導体の高さは、前記基板に対する前記半導体素子の高さ以下である、請求項１または２に記載の電力変換装置。
4. 前記基板は、交互に積層された複数の導電層および複数の絶縁層を含み、
   前記導体の厚みは、前記基板の前記導電層の厚みよりも大きい、請求項１～３のいずれか１項に記載の電力変換装置。
5. 前記半導体素子は、前記半導体素子の前記放熱部材側に設けられ、前記半導体素子から発熱される熱を放熱するための導電性部材を含み、
   少なくとも前記放熱部材の前記半導体素子側および前記導体側には、前記半導体素子の前記導電性部材と前記導体とを絶縁する絶縁部が設けられている、請求項１～４のいずれか１項に記載の電力変換装置。
6. 前記放熱部材は、前記半導体素子および前記導体側に設けられる前記絶縁部と、前記絶縁部の前記半導体素子および前記導体とは反対側に設けられる導電性を有する導電性放熱部材とを含む、請求項５に記載の電力変換装置。
7. 前記基板は、交互に積層された複数の導電層および複数の絶縁層を含み、
   前記基板の裏面側に配置され、前記半導体素子を制御するための制御部をさらに備え、
   前記半導体素子と前記制御部とは、前記導電層および前記絶縁層が積層された前記基板に設けられるスルーホールビアを介して電気的に接続されている、請求項１～６のいずれか１項に記載の電力変換装置。
8. 前記導体は、前記半導体素子に正電位を印加する正電位導体と、前記半導体素子に負電位を印加する負電位導体とを含み、
   前記基板は、交互に積層された複数の導電層および複数の絶縁層を含み、
   前記正電位導体は、前記複数の導電層のうちの第１導電層に第１ビアを介して電気的に接続され、
   前記負電位導体は、前記複数の導電層のうちの前記第１導電層とは異なる第２導電層に第２ビアを介して電気的に接続されており、
   前記第１導電層と前記第２導電層とは、前記導電層と前記絶縁層とが積層される方向から見て、オーバラップしている、請求項１～７のいずれか１項に記載の電力変換装置。
9. 前記基板の裏面側に配置され、前記半導体素子を制御するための制御部をさらに備え、
   前記基板は、前記導体に電気的に接続される導体用導電層と、前記基板の裏面側に設けられ前記制御部に電気的に接続される制御部用導電層とをさらに含み、
   前記導体用導電層と前記制御部用導電層との間には、前記導体用導電層側から前記制御部用導電層側に熱が伝導するのを抑制するための熱伝導遮蔽部材が設けられている、請求項１～８のいずれか１項に記載の電力変換装置。
10. 前記熱伝導遮蔽部材は、板状の導電性を有する第１部分と、前記第１部分の表面側および裏面側を覆う絶縁性の第２部分とを含む、請求項９に記載の電力変換装置。
11. 基板と、
    前記基板の表面に実装される電力変換用の半導体素子と、
    前記基板と別体で前記基板の表面上に配置され、前記半導体素子に電気的に接続される導体と、
    前記半導体素子と前記導体とに跨るように配置され、前記半導体素子から発熱される熱と前記導体から発熱される熱とを放熱するための放熱部材とを備え、
    前記導体は、前記半導体素子に正電位を印加する正電位導体と、前記半導体素子に負電位を印加する負電位導体と、３相の交流電力を出力する複数の出力用導体とを含み、
    前記放熱部材は、前記半導体素子と、前記正電位導体と、前記負電位導体と,
    前記複数の出力用導体とに跨るように配置されている、電力変換装置。
12. 基板と、
    前記基板の表面に実装される電力変換用の半導体素子と、
    前記基板と別体で前記基板の表面上に配置され、前記半導体素子に電気的に接続される導体と、
    前記半導体素子と前記導体とに跨るように配置され、前記半導体素子から発熱される熱と前記導体から発熱される熱とを放熱するための放熱部材とを備え、
    前記導体は、前記半導体素子に正電位を印加する正電位導体と、前記半導体素子に負電位を印加する負電位導体とを含み、
    前記基板は、交互に積層された複数の導電層および複数の絶縁層を含み、
    前記正電位導体は、前記複数の導電層のうちの第１導電層に第１ビアを介して電気的に接続され、
    前記負電位導体は、前記複数の導電層のうちの前記第１導電層とは異なる第２導電層に第２ビアを介して電気的に接続されており、
    前記第１導電層と前記第２導電層とは、前記導電層と前記絶縁層とが積層される方向から見て、オーバラップしている、電力変換装置。
13. 基板と、
    前記基板の表面に実装される電力変換用の半導体素子と、
    前記基板と別体で前記基板の表面上に配置され、前記半導体素子に電気的に接続される導体と、
    前記半導体素子と前記導体とに跨るように配置され、前記半導体素子から発熱される熱と前記導体から発熱される熱とを放熱するための放熱部材と、
    前記基板の裏面側に配置され、前記半導体素子を制御するための制御部と、を備え、
    前記基板は、前記導体に電気的に接続される導体用導電層と、前記基板の裏面側に設けられ前記制御部に電気的に接続される制御部用導電層とをさらに含み、
    前記導体用導電層と前記制御部用導電層との間には、前記導体用導電層側から前記制御部用導電層側に熱が伝導するのを抑制するための熱伝導遮蔽部材が設けられている、電力変換装置。

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