WO2014033857A1 - 電力変換装置 - Google Patents

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WO2014033857A1
WO2014033857A1 PCT/JP2012/071862 JP2012071862W WO2014033857A1 WO 2014033857 A1 WO2014033857 A1 WO 2014033857A1 JP 2012071862 W JP2012071862 W JP 2012071862W WO 2014033857 A1 WO2014033857 A1 WO 2014033857A1
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switch element
substrate
lateral
horizontal
conductive pattern
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PCT/JP2012/071862
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French (fr)
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祐 氏田
友和 本田
佐々木 亮
山口 芳文
小熊 清典
竹中 国浩
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株式会社安川電機
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    • HELECTRICITY
    • H02GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02MAPPARATUS FOR CONVERSION BETWEEN AC AND AC, BETWEEN AC AND DC, OR BETWEEN DC AND DC, AND FOR USE WITH MAINS OR SIMILAR POWER SUPPLY SYSTEMS; CONVERSION OF DC OR AC INPUT POWER INTO SURGE OUTPUT POWER; CONTROL OR REGULATION THEREOF
    • H02M7/00Conversion of ac power input into dc power output; Conversion of dc power input into ac power output
    • H02M7/003Constructional details, e.g. physical layout, assembly, wiring or busbar connections
    • HELECTRICITY
    • H02GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02MAPPARATUS FOR CONVERSION BETWEEN AC AND AC, BETWEEN AC AND DC, OR BETWEEN DC AND DC, AND FOR USE WITH MAINS OR SIMILAR POWER SUPPLY SYSTEMS; CONVERSION OF DC OR AC INPUT POWER INTO SURGE OUTPUT POWER; CONTROL OR REGULATION THEREOF
    • H02M7/00Conversion of ac power input into dc power output; Conversion of dc power input into ac power output
    • H02M7/42Conversion of dc power input into ac power output without possibility of reversal
    • H02M7/44Conversion of dc power input into ac power output without possibility of reversal by static converters
    • H02M7/48Conversion of dc power input into ac power output without possibility of reversal by static converters using discharge tubes with control electrode or semiconductor devices with control electrode
    • H02M7/53Conversion of dc power input into ac power output without possibility of reversal by static converters using discharge tubes with control electrode or semiconductor devices with control electrode using devices of a triode or transistor type requiring continuous application of a control signal
    • H02M7/537Conversion of dc power input into ac power output without possibility of reversal by static converters using discharge tubes with control electrode or semiconductor devices with control electrode using devices of a triode or transistor type requiring continuous application of a control signal using semiconductor devices only, e.g. single switched pulse inverters
    • H02M7/5387Conversion of dc power input into ac power output without possibility of reversal by static converters using discharge tubes with control electrode or semiconductor devices with control electrode using devices of a triode or transistor type requiring continuous application of a control signal using semiconductor devices only, e.g. single switched pulse inverters in a bridge configuration
    • HELECTRICITY
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    • H02M1/00Details of apparatus for conversion
    • H02M1/32Means for protecting converters other than automatic disconnection
    • H02M1/34Snubber circuits
    • H02M1/346Passive non-dissipative snubbers
    • YGENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02BCLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES RELATED TO BUILDINGS, e.g. HOUSING, HOUSE APPLIANCES OR RELATED END-USER APPLICATIONS
    • Y02B70/00Technologies for an efficient end-user side electric power management and consumption
    • Y02B70/10Technologies improving the efficiency by using switched-mode power supplies [SMPS], i.e. efficient power electronics conversion e.g. power factor correction or reduction of losses in power supplies or efficient standby modes

Definitions

  • the present invention relates to a power conversion device, and more particularly to a power conversion device including a lateral switch element and a snubber capacitor.
  • a power conversion device including a horizontal switch element and a snubber capacitor is known.
  • Such a power converter is disclosed in, for example, Japanese Patent Application Laid-Open No. 2011-67045.
  • the above Japanese Patent Application Laid-Open No. 2011-67045 discloses an inverter device (power converter) including a metal substrate and a dielectric substrate, a MOSFET (lateral switch element), and a snubber capacitor, which are arranged to face each other. Has been.
  • the upper surface side of the snubber capacitor and the side surface side of the MOSFET disposed below the snubber capacitor are connected by a plate-like wiring.
  • the wiring inductance between the snubber capacitor and the electrode of the lateral switch element is reduced. Is preferred.
  • the present invention has been made to solve the above-described problems, and an object of the present invention is to provide a power conversion device capable of reducing the wiring inductance between the snubber capacitor and the lateral switch element. Is to provide.
  • a power conversion device includes a front surface and a back surface, and has a first electrode and a second electrode on the front surface side, and a current in a lateral direction parallel to the front surface and the back surface between the first electrode and the second electrode.
  • a current path for electrically connecting the snubber capacitor and the lateral switch element is formed.
  • the current flowing between the snubber capacitor and the lateral switch element is Via the connecting conductor arranged so as to be sandwiched between the horizontal switch element and the snubber capacitor, from the lower surface side of the snubber capacitor to the upper surface side of the horizontal switch element (or from the upper surface side of the horizontal switch element to the lower surface side of the snubber capacitor) Flowing into.
  • the current between the snubber capacitor and the horizontal switch element is larger than when a current flows through the wiring connecting the upper surface side of the snubber capacitor located above and the side surface side of the horizontal switch element located below.
  • the current path can be shortened.
  • the wiring inductance between the snubber capacitor and the lateral switch element can be reduced.
  • the wiring inductance between the snubber capacitor and the lateral switch element can be reduced.
  • FIG. 1 is a circuit diagram of a three-phase inverter device including a power module according to a first embodiment.
  • FIG. It is the figure which looked at the power module by a 1st embodiment planarly from the upper part.
  • FIG. 3 is a cross-sectional view taken along line 150-150 in FIG. It is the figure which looked at the 1st substrate of the power module by a 1st embodiment from the lower surface side planarly. It is the figure which looked at the 1st board
  • FIG. 6 is a perspective view of the first substrate shown in FIGS. 4 and 5 as viewed from the upper surface side.
  • FIG. 15 is a cross-sectional view taken along line 151-151 in FIGS. 10 and 11.
  • FIG. 3 is a plan view of a first control switch element and a second control switch element according to the first embodiment when viewed from the surface side on which a source electrode and a gate electrode are provided.
  • FIG. 14 is a plan view of the first control switch element and the second control switch element shown in FIG. 13 as viewed from the back side where the drain electrode is provided.
  • FIG. 15 is a cross-sectional view taken along the line 152-152 in FIGS. 13 and 14; It is a figure for demonstrating the current pathway of the electric current which flows through the inside of the power module shown in FIG. It is the figure which looked at the power module by a 2nd embodiment planarly from the upper part.
  • FIG. 3 is a plan view of a first control switch element and a second control switch element according to the first embodiment when viewed from the surface side on which a source electrode and a gate electrode are provided.
  • FIG. 14 is a
  • FIG. 18 is a cross-sectional view taken along line 153-153 in FIG.
  • FIG. 18 is a cross-sectional view taken along line 154-154 in FIG. 17.
  • FIG. 18 is a cross-sectional view taken along line 155-155 of FIG. It is the figure which looked at the 1st substrate of the power module by a 2nd embodiment from the upper surface side planarly. It is the perspective view which looked at the 1st board
  • FIG. 26 is a cross-sectional view taken along line 156-156 in FIG. 27.
  • FIG. 28 is a cross-sectional view taken along line 157-157 in FIG. 27.
  • FIG. 28 is a cross-sectional view taken along line 158-158 in FIG. 27. It is the figure which looked at the 1st substrate of the power module by a 3rd embodiment from the upper surface side planarly.
  • FIG. 36 is a cross-sectional view taken along line 159-159 in FIG. 35. It is a figure for demonstrating the electric current path
  • a three-phase inverter device 100 is configured by electrically connecting three power modules 100a, 100b, and 100c that respectively perform U-phase, V-phase, and W-phase power conversion. Has been.
  • the power modules 100a, 100b and 100c respectively convert DC power input from a DC power supply (not shown) through the input terminals 51a and 51b into AC power of three phases (U phase, V phase and W phase). Is configured to do.
  • the power modules 100a, 100b, and 100c are configured to output the U-phase, V-phase, and W-phase AC power converted as described above to the outside via the output terminals 52a, 52b, and 52c, respectively. ing.
  • the output terminals 52a to 52c are connected to a motor (not shown) or the like.
  • the power modules 100a, 100b, and 100c include snubber capacitors 102a, 102b, and 102c that are electrically connected in parallel to the half-bridge circuits 101a, 101b, and 101c, respectively.
  • the half-bridge circuit 101a includes two lateral switch elements (first lateral switch element 11a and second lateral switch element 12a) and two control switch elements (cascode-connected to each of the two lateral switch elements ( A first control switch element 13a and a second control switch element 14a).
  • the first lateral switch element 11a and the second lateral switch element 12a are both normally-on switch elements (drain electrodes D1a and D2a and source electrode S1a when the voltage applied to the gate electrodes G1a and G2a is 0V. And a switch element configured such that a current flows between S2a and S2a).
  • the first control switch element 13a and the second control switch element 14a are both normally-off type switch elements (drain electrodes D3a and D4a and source electrodes when the voltage applied to the gate electrodes G3a and G4a is 0 V).
  • S3a and S4a are switching elements configured such that no current flows between them.
  • the gate electrode G1a (G2a) of the first lateral switch element 11a is the source of the first control switch element 13a (second control switch element 14a). It is connected to the electrode S3a (D4a).
  • the first control switch element 13a (second control switch element 14a) performs switching based on the control signal input from the control terminal 53a (54a), whereby the first horizontal switch element 11a (first switch). It is configured to control the driving (switching) of the two horizontal switch elements 12a).
  • the switch circuit S1a (S2a) composed of the normally-on type first lateral switch element 11a (second lateral switch element 12a) and the normally-off type first control switch element 13a (second control switch element 14a). ) Is controlled as a normally-off type switch circuit as a whole.
  • the half-bridge circuit 101b also includes two normally-on lateral switch elements (first lateral switch element 11b and second lateral switch element 12b).
  • the half-bridge circuit 101b includes two normally-off control switch elements (first control switch element 13b and second control switch element 14b) that are cascode-connected to each of the two horizontal switch elements. Including.
  • the normally-off type first lateral switch element 11b (second lateral switch element 12b) and the normally-off type first control switch element 13b (second control switch element 14b) provide a normally-off type switch circuit S1b. (S2b) is configured.
  • first control switch element 13b (second control switch element 14b) performs switching based on a control signal input from the control terminal 53b (54b), whereby the first horizontal switch element 11b (second It is configured to control the switching of the lateral switch element 12b).
  • the half-bridge circuit 101c also includes two normally-on lateral switch elements (first lateral switch element 11c and second lateral switch element 12c).
  • the half-bridge circuit 101c includes two normally-off control switch elements (first control switch element 13c and second control switch element 14c) that are cascode-connected to the two horizontal switch elements. Including. Then, a normally-off type first lateral switch element 11c (second lateral switch element 12c) and a normally-off type first control switch element 13c (second control switch element 14c) are used as a normally-off type switch circuit S1c. (S2c) is configured.
  • first control switch element 13c (second control switch element 14c) performs switching based on a control signal input from the control terminal 53c (54c), whereby the first horizontal switch element 11c (second switch). It is configured to control the switching of the horizontal switch element 12c).
  • the power module 100a includes a first substrate 1, two horizontal switch elements (first horizontal switch element 11a and second horizontal switch element 12a), and two control switches. Elements (first control switch element 13a and second control switch element 14a), two snubber capacitors 102a, and a second substrate 5 are provided.
  • the first substrate 1 and the second substrate 5 are arranged at a predetermined interval in the vertical direction (Z direction) so as to face each other.
  • the first substrate 1 is disposed on the lower side (arrow Z1 direction side)
  • the second substrate 5 is disposed on the upper side (arrow Z2 direction side).
  • the first horizontal switch element 11a, the second horizontal switch element 12a, the first control switch element 13a, and the second control switch element 14a are formed on the top surface (surface on the arrow Z2 direction side) of the first substrate 1, It arrange
  • the snubber capacitor 102 a is disposed on the upper surface of the second substrate 5.
  • a sealing resin 60 is filled between the upper surface of the first substrate 1 and the lower surface of the second substrate 5.
  • the first substrate 1 includes an insulating plate 2, a heat radiation layer 3 formed on the lower surface (surface on the arrow Z1 direction side) of the insulating plate 2, and the upper surface (arrow) of the insulating plate 2. And four conductive patterns 4a, 4b, 4c and 4d formed on the Z2 direction side surface).
  • the second substrate 5 includes an insulating plate 6, five conductive patterns 7a, 7b, 7c, 7d and 7e formed on the upper surface of the insulating plate 6, and an insulating plate. 6 includes six conductive patterns 8a, 8b, 8c, 8d, 8e, and 8f formed on the lower surface.
  • the conductive patterns 7a, 7b, 7c, 7d and 7e and the conductive patterns 8a, 8b, 8c, 8d and 8e are provided so as to penetrate the insulating plate 2 in the vertical direction (Z direction), respectively.
  • the columnar conductors 9a, 9b, 9c, 9d and 9e are electrically connected.
  • the conductive patterns 7a, 7b, 7c, 7d and 7e and the conductive patterns 8a, 8b, 8c, 8d and 8e are not columnar conductors 9a, 9b, 9c, 9d and 9e, respectively, It may be electrically connected via a hollow conductor.
  • the second substrate 5 is disposed so as to be sandwiched between the snubber capacitor 102a and the first lateral switch element 11a and the second lateral switch element 12a. ing. That is, the snubber capacitor 102a is disposed above the second substrate 5 (arrow Z2 direction side), and the first lateral switch element 11a and the second lateral switch element 12a are disposed below the second substrate. (Arrow Z1 direction side).
  • the conductive patterns 7a to 7e, 8a to 8f and the columnar conductors 9a to 9e provided on the second substrate 5 are located between the snubber capacitor 102a and the first horizontal switch element 11a and the second horizontal switch element 12a. It is arranged to be sandwiched.
  • the conductive patterns 7a to 7e, 8a to 8f and the columnar conductors 9a to 9e are examples of “connecting conductors”.
  • one electrode C1a of the snubber capacitor 102a is connected to the conductive pattern 7a on the upper surface (the surface on the arrow Z2 direction side) of the second substrate 5.
  • the conductive pattern 7a is connected to the drain electrode D1a of the first horizontal switching element 11a via the columnar conductor 9a and the conductive pattern 8a on the lower surface (the surface on the arrow Z1 direction side) of the second substrate 5.
  • the conductive patterns 7a and 8a and the columnar conductor 9a are disposed so as to be sandwiched between the one electrode C1a of the snubber capacitor 102a and the drain electrode D1a of the first lateral switch element 11a.
  • the conductive patterns 7a and 8a are examples of the “first conductive pattern” and the “second conductive pattern”, respectively.
  • the conductive patterns 7a and 8a and the columnar conductor 9a are examples of “first connection conductor”.
  • the other electrode C2a of the snubber capacitor 102a is connected to the conductive pattern 7b on the upper surface (the surface on the arrow Z2 direction side) of the second substrate 5.
  • the conductive pattern 7b includes a columnar conductor 9b, a conductive pattern 8b on the lower surface of the second substrate 5 (surface on the arrow Z1 direction side), a second control switch element 14a, and a conductive pattern 4b on the upper surface of the first substrate 1.
  • the conductive patterns 7b and 8b and the columnar conductor 9b are disposed so as to be sandwiched between the other electrode C2a of the snubber capacitor 102a and the source electrode S2a of the second lateral switch element 12a.
  • the conductive patterns 7b and 8b are examples of the “first conductive pattern” and the “second conductive pattern”, respectively.
  • the conductive patterns 7b and 8b and the columnar conductor 9b are examples of the “second connecting conductor”.
  • the first lateral switch element 11a and the second lateral switch element 12a are each composed of a semiconductor bare chip having electrodes on the front surface and the back surface.
  • the first lateral switch element 11a and the second lateral switch element 12a are respectively MOSFETs having three electrodes (gate electrodes G1a and G2a, source electrodes S1a and S2a, and drain electrodes D1a and D2a). It is composed of a semiconductor bare chip (field effect transistor).
  • the source electrode S1a (S2a) and the drain electrode D1a (D2a) are examples of “first electrode” and “second electrode”.
  • the gate electrode G1a (G2a) is an example of a “third electrode”.
  • the first lateral switch element 11a (second lateral switch element 12a) includes a gate electrode G1a (G2a), a source electrode S1a (S2a), and a drain electrode D1a (D2a) on the same side (surface). It is comprised so that it may be provided in. As a result, as indicated by the one-dot chain line with an arrow in FIG. 12, the source electrode S1a (S2a) and the drain electrode D1a (D2a) are located near the inner surface of the first horizontal switch element 11a (second horizontal switch element 12a). Current flows in the horizontal direction (direction parallel to the front surface and the back surface).
  • the first lateral switch element 11a (second lateral switch element 12a) is also provided on the surface (back surface) opposite to the gate electrode G1a (G2a), the source electrode S1a (S2a), and the drain electrode D1a (D2a). It has an electrode E1a (E2a).
  • the first control switch element 13a (second control switch element 14a) is also provided on the surface in the same manner as the first horizontal switch element 11a (second horizontal switch element 12a). And a semiconductor bare chip having a back surface.
  • the first control switch element 13a (second control switch element 14a) includes a gate electrode G3a (G4a), a source electrode S3a (S4a), and a drain electrode D3a (D4a).
  • the first control switch element 13a (second control switch element 14a) has a source electrode S3a (S4a) and a drain electrode D3a ( D4a) are provided on different surfaces.
  • the source electrode S3a (S4a) is provided on the surface of the first control switch element 13a (second control switch element 14a), while the drain electrode D3a (D4a) is provided for the first control. It is provided on the back surface of the switch element 13a (second control switch element 14a).
  • the source electrode S3a (S4a) and the drain electrode D3a (D4a) are provided inside the first control switch element 13a (second control switch element 14a). Current flows in the vertical direction (direction perpendicular to the front and back surfaces).
  • the first horizontal switch element 11a and the second horizontal switch element 12a are arranged on the upper surface (the surface on the arrow Z2 direction side) of the first substrate 1 so as to be opposite to each other.
  • the drain electrode D1a, the source electrode S1a, and the gate electrode G1a on the surface side of the first lateral switch element 11a are respectively connected to the lower surface (arrow Z1 direction side) of the second substrate 5 via a bonding layer (not shown) made of solder or the like.
  • a bonding layer not shown
  • conductive patterns 8a, 8f and 8c see FIGS. 8 and 9).
  • the drain electrode D2a, the source electrode S2a, and the gate electrode G2a on the surface side of the second lateral switch element 12a are electrically conductive on the upper surface of the first substrate 1 via a bonding layer (not shown) made of solder or the like. Bonded to patterns 4a, 4b and 4c (see FIGS. 5 and 6). Further, the electrode E1a on the back surface side of the first horizontal switch element 11a is bonded to the conductive pattern 4a on the upper surface (the surface on the arrow Z2 direction side) of the first substrate 1 through a bonding layer (not shown) made of solder or the like. Has been. On the other hand, the electrode E2a on the back surface side of the second horizontal switching element 12a is bonded to the conductive pattern 8b on the lower surface of the second substrate 5 through a bonding layer (not shown) made of solder or the like.
  • the first control switch element 13a and the second control switch element 14a are arranged outside the first horizontal switch element 11a and the second horizontal switch element 12a. That is, the first control switch element 13a is arranged on the right side (arrow X2 direction side) with respect to the first horizontal switch element 11a, and the second control switch element 14a is connected to the second horizontal switch element 12a. On the other hand, it is arranged on the left side (arrow X1 direction side). As with the first horizontal switch element 11a and the second horizontal switch element 12a, the first control switch element 13a and the second control switch element 14a are also formed on the upper surface of the first substrate 1 (the surface on the arrow Z2 direction side). ) Are arranged opposite to each other.
  • the source electrode S3a and the gate electrode G3a on the surface side of the first control switch element 13a are respectively connected to the upper surface of the first substrate 1 via a bonding layer (not shown) made of solder or the like. Bonded to the conductive patterns 4d and 4a (see FIGS. 5 and 6) on the arrow Z2 direction side).
  • the source electrode S4a and the gate electrode G4a on the surface side of the second control switch element 14a are respectively connected to the conductive pattern 8b on the lower surface of the second substrate 5 via a bonding layer (not shown) made of solder or the like. 8e (see FIGS. 8 and 9).
  • drain electrode D3a on the back surface side of the first control switch element 13a is connected to the conductive pattern 8f on the lower surface (the surface on the arrow Z1 direction side) of the second substrate 5 through a bonding layer (not shown) made of solder or the like. (See FIG. 8 and FIG. 9).
  • the drain electrode D4a on the back surface side of the second control switch element 14a has a conductive pattern 4b (see FIGS. 5 and 6) on the upper surface of the first substrate 1 through a bonding layer (not shown) made of solder or the like. ).
  • the second substrate 5 has a lower surface (surface on the arrow Z1 direction side) near the end on the right side (arrow X2 direction side) of the conductive pattern 8c.
  • a convex portion is provided to protrude to the first substrate 1 side (arrow Z1 direction side).
  • the second substrate 5 side (arrow Z2 direction side) is near the right end of the conductive pattern 4a on the upper surface (surface on the arrow Z2 direction) of the first substrate 1.
  • a projecting portion is provided. And the convex part of the conductive pattern 8c and the convex part of the conductive pattern 4a are joined via the joining layer (not shown) which consists of solder etc.
  • the gate electrode G1a of the first lateral switch element 11a joined to the conductive pattern 8c and the source electrode S3b of the first control switch element 13a joined to the conductive pattern 4a connect the conductive pattern 4a and the conductive pattern 8c. Is electrically connected.
  • the second substrate 5 side is located near the end portion on the left side (arrow X1 direction side) of the conductive pattern 4c on the upper surface (surface on the arrow Z2 direction side) of the first substrate 1.
  • a projecting portion protruding in the direction of arrow Z2 is provided.
  • the first substrate 1 side (arrow Z1 direction side) is near the left end of the conductive pattern 8b on the lower surface (surface on the arrow Z1 direction side) of the second substrate 5.
  • a projecting portion is provided.
  • the convex part of the conductive pattern 4c and the convex part of the conductive pattern 8b are joined via the joining layer (not shown) which consists of solder etc. As shown in FIG.
  • the gate electrode G2a of the second lateral switch element 12a connected to the conductive pattern 4c and the source electrode S4a of the second control switch element 14a joined to the conductive pattern 8b are connected via the conductive patterns 4c and 8b. Electrically connected.
  • the second substrate 5 side is also located near the end portion on the right side (arrow X2 direction side) of the conductive pattern 4d on the top surface (surface on the arrow Z2 direction side) of the first substrate 1.
  • a projecting portion protruding in the direction of arrow Z2 is provided.
  • the convex part of the conductive pattern 4d and the conductive pattern 8d on the lower surface of the second substrate 5 are bonded via a bonding layer (not shown) made of solder or the like.
  • the first substrate 1 side (arrow Z1 direction side) is also near the right end of the conductive pattern 8f on the lower surface of the second substrate 5 (surface on the arrow Z1 direction side).
  • a projecting portion is provided.
  • the convex portion of the conductive pattern 8f is different from the source electrode S1a of the first lateral switch element 11a having a height (Z-direction height) with respect to the upper surface of the first substrate 1 and the first control pattern. It is provided to electrically connect the drain electrode D3a of the switch element 13a.
  • the conductive pattern 7a of the second substrate 5 is connected to the drain electrode D1a of the first lateral switch element 11a via the columnar conductor 9a and the conductive pattern 8a. . Therefore, the conductive pattern 7a constitutes an input terminal 51a (see FIG. 1) connected to a DC power source (not shown).
  • the conductive pattern 7b of the second substrate is connected to the source electrode S4a of the second control switch element 14a through the columnar conductor 9b and the conductive pattern 8b. Therefore, the conductive pattern 7b constitutes an input terminal 51b (see FIG. 1) connected to a DC power source (not shown).
  • the conductive pattern 7c of the second substrate 5 includes the source electrode S3a of the first control switch element 13a and the second horizontal switch via the columnar conductor 9c, the conductive pattern 8c, and the conductive pattern 4a of the first substrate 1. It is connected to the drain electrode D2a of the element 12a. Therefore, the conductive pattern 7c constitutes a U-phase output terminal 52a (see FIG. 1) connected to a motor (not shown) or the like.
  • the conductive pattern 7d of the second substrate 5 is connected to the gate electrode G3a of the first control switch element 13a via the columnar conductor 9d, the conductive pattern 8d, and the conductive pattern 4d of the first substrate 1. . Therefore, the conductive pattern 7d constitutes a control terminal 53a (see FIG. 1) to which a control signal for switching the first control switch element 13a is input.
  • the conductive pattern 7e on the second substrate is connected to the gate electrode G4a of the second control switch element 14a via the columnar conductor 9e and the conductive pattern 8e. Therefore, the conductive pattern 7e constitutes a control terminal 54a (see FIG. 1) to which a control signal for switching the second control switch element 14a is input.
  • the two snubber capacitors 102a are both disposed across the conductive patterns 7a and 7b on the upper surface (the surface on the arrow Z2 direction side) of the second substrate 5. ing. Specifically, one electrode C1a of the two snubber capacitors 102a is bonded to the conductive pattern 7a via a bonding material (not shown) made of solder or the like. The other electrodes C2a of the two snubber capacitors 102a are both joined to the conductive pattern 7b via a joining material (not shown) made of solder or the like. Thus, the conductive patterns 7a and 7b are used in common for the two snubber capacitors 102a.
  • the current I1 (see FIG. 1) flowing from the one electrode C1a of the snubber capacitor 102a to the drain electrode D1a of the first lateral switch element 11a is passed through the conductive pattern 7a, the columnar conductor 9a, and the conductive pattern 8a. Flows downward (arrow Z1 direction). Thereby, a current path C ⁇ b> 1 extending in a direction substantially perpendicular to the first substrate 1 and the second substrate 5 is formed. Further, the current I2 (see FIG. 1) flowing from the drain electrode D1a to the source electrode S1a of the first lateral switch element 11a flows in the right direction (arrow X2 direction) along the surface of the first lateral switch element 11a. Thereby, a current path C2 extending in a direction substantially parallel to the first substrate 1 and the second substrate 5 is formed.
  • the current I3 (see FIG. 1) flowing from the source electrode S1a of the first lateral switch element 11a to the drain electrode D3a of the first control switch element 13a flows in the right direction (through the plate-like portion of the conductive pattern 8f). After flowing in the direction of the arrow X2, it flows downward (in the direction of the arrow Z1) via a convex portion provided on the right side (in the direction of the arrow X2) of the conductive pattern 8f. Thereby, a current path having a long portion extending in a direction substantially parallel to the first substrate 1 and the second substrate 5 and a short portion extending in a direction substantially perpendicular to the first substrate 1 and the second substrate 5. C3 is formed.
  • the current I4 (see FIG. 1) flowing from the drain electrode D3a to the source electrode S3a of the first control switch element 13a is orthogonal to the front and back surfaces of the first control switch element 13a. It flows downward (in the direction of arrow Z1) inside the element 13a. As a result, a current path C4 extending in a direction substantially perpendicular to the first substrate 1 and the second substrate 5 is formed. Further, the current I5 (see FIG. 1) flowing from the source electrode S3a of the first control switch element 13a to the drain electrode D2a of the second horizontal switch element 12a flows in the left direction (arrow X1 direction) through the conductive pattern 4a. . Thereby, a current path C5 extending in a direction substantially parallel to the first substrate 1 and the second substrate 5 is formed.
  • the current I6 flowing from the drain electrode D2a of the second lateral switch element 12a to the source electrode S2a flows in the left direction (arrow X1 direction) along the surface of the second lateral switch element 12a.
  • a current path C6 extending in a direction substantially parallel to the first substrate 1 and the second substrate 5 is formed.
  • the current I7 that flows from the source electrode S2a of the second lateral switch element 12a to the drain electrode D4a of the second control switch element 14a flows in the left direction (arrow X1 direction) through the conductive pattern 4b. .
  • a current path C7 extending in a direction substantially parallel to the first substrate 1 and the second substrate 5 is formed.
  • the second control switch so that the current I8 (see FIG. 1) flowing from the drain electrode D4a to the source electrode S4a of the second control switch element 14a is orthogonal to the front and back surfaces of the second control switch element 14a.
  • the element 14a flows upward (in the direction of arrow Z2).
  • a current path C8 extending in a direction substantially perpendicular to the first substrate 1 and the second substrate 5 is formed.
  • the current I9 (see FIG. 1) flowing from the source electrode S4a of the second control switch element 14a to the other electrode C2a of the snubber capacitor 102a has a convex portion at the end on the left side (arrow X1 direction side) of the conductive pattern 8b.
  • the current paths C1 to C9 (see FIG. 16) formed by the currents I1 to I9 (see FIG. 1) flowing between the snubber capacitor 102a and the first lateral switch element 11a and the second lateral switch element 12a. ) Includes a current path C2 that flows in the lateral direction (arrow X2 direction) between the drain electrode D1a and the source electrode S1a of the first lateral switch element 11a, and a current path C5 that is substantially opposite to the current path C2. Including.
  • the current paths C1 to C9 are substantially opposite to the current path C6 and the current path C6 flowing in the horizontal direction (arrow X1 direction) between the drain electrode D2a and the source electrode S2a of the second horizontal switching element 12a.
  • the current paths C2 and C6 are examples of the “first current path”.
  • the current paths C5 and C9 are examples of the “second current path”.
  • the current path C2 (C6) and the current path C5 (C9) can cancel the change in magnetic flux generated due to the current flowing through the current paths C2 and C5 (C6 and C9). It is arranged at a close distance. Specifically, the current path C2 (C6) and the current path C5 (C9) have substantially the same length as the thickness in the vertical direction (Z direction) of the first horizontal switch element 11a and the second horizontal switch element 12a. It is arranged at a distance. Note that the current path C2 (C6) and the current path C5 (C9) are arranged to face each other.
  • the second substrate including the conductive patterns 7a to 7e, the conductive patterns 8a to 8f, and the columnar conductors 9a to 9e connecting the conductive patterns 7a to 7e and the conductive patterns 8a to 8e. 5 is sandwiched between the snubber capacitor 102a located above (arrow Z2 direction side) and the first horizontal switching element 11a (second horizontal switching element 12a) located below (arrow Z1 direction side). Deploy. As a result, the current I1 (see FIG. 1) flowing between the snubber capacitor 102a located above and the first horizontal switch element 11a located below becomes the conductive patterns 7a and 8a and the columnar conductors 9a on the second substrate 5.
  • the current path between the snubber capacitor 102a and the first lateral switch element 11a (second lateral switch element 12a) can be shortened.
  • the wiring inductance between the snubber capacitor 102a and the first lateral switch element 11a (second lateral switch element 12a) can be reduced.
  • the first control switch element 13a (second control switch element 14a) that controls the driving of the first horizontal switch element 11a (second horizontal switch element 12a) is replaced with the first control switch element 13a (second control switch element 14a).
  • a cascode connection is made to the first horizontal switch element 11a (second horizontal switch element 12a).
  • the switch circuit S1a (S2a) including the first horizontal switch element 11a (second horizontal switch element 12a) and the first control switch element 13a (second control switch element 14a) is controlled as a normally-off type as a whole. be able to.
  • the gate electrode G1a (G2a) for controlling the first lateral switch element 11a (second lateral switch element 12a) is replaced with the first control switch element 13a (second control).
  • the switch element 14a) is connected to the source electrode S3a (S4a) from which the current flows in or out. Accordingly, the driving of the first horizontal switch element 11a (second horizontal switch element 12a) can be easily controlled by the first control switch element 13a (second control switch element 14a).
  • the current path C2 (see FIG. 16) that flows in the horizontal direction (arrow X2 direction) between the drain electrode D1a and the source electrode S1a of the first horizontal switch element 11a
  • a current path C5 (see FIG. 16) in a direction substantially opposite to the current path C2 is disposed at a close distance that can cancel the change in magnetic flux.
  • the current path C6 (see FIG. 16) flows in the lateral direction (arrow X1 direction) between the drain electrode D2a and the source electrode S2a of the second lateral switch element 12a, and flows in a direction substantially opposite to the current path C6.
  • the current path C9 (see FIG. 16) is disposed at a close distance where the change in magnetic flux can be canceled.
  • the current path C2 (C6) and the current path C5 (C9) are arranged to face each other.
  • the change in the magnetic flux generated in the current path C2 (C6) can be surely canceled by the change in the magnetic flux generated in the current path C5 (C9), so that the snubber capacitor 102a and the first lateral switching element 11a and The wiring inductance with the second horizontal switching element 12a can be reliably reduced.
  • the first horizontal switch element 11 a and the second horizontal switch element 12 a are arranged so as to be sandwiched between the first substrate 1 and the second substrate 5. Accordingly, the first horizontal switch element 11a and the second horizontal switch element 12a can be held between the first substrate 1 and the second substrate 5 in a mechanically stable state.
  • the first control switch element 13a and the second control switch element 14a are also formed on the first substrate. 1 and the second substrate 5 are arranged so as to be sandwiched between them.
  • the first control switch element 13a and the second control switch element 14a are also provided between the first substrate 1 and the second substrate 5. It can be held in a mechanically stable state.
  • the first horizontal switch element 11a and the second horizontal switch element 12a are arranged on the upper surface (the surface on the arrow Z2 direction side) of the first substrate 1 so as to be opposite to each other. To do. As a result, the drain electrode D1a, the source electrode S1a, and the gate electrode G1a on the surface side of the first lateral switch element 11a are respectively connected to the conductive patterns 8a, 8f, and 8c on the lower surface of the second substrate 5 (the surface on the arrow Z1 direction side). The process of joining to can be simplified.
  • the process of joining the drain electrode D2a, the source electrode S2a, and the gate electrode G2a on the surface side of the second lateral switch element 12a to the conductive patterns 4a, 4b, and 4c on the upper surface of the first substrate 1 is simplified. be able to.
  • the first control switch element 13a and the second control switch element 14a are arranged in the left-right direction (X with respect to the first horizontal switch element 11a and the second horizontal switch element 12a). (Outside direction).
  • the first horizontal switch element 11a and the second control switch element 14a are compared with the case where the first control switch element 13a and the second control switch element 14a are arranged inside the first horizontal switch element 11a and the second horizontal switch element 12a.
  • the first control switch element 13a and the second control switch element 14a can be arranged in a place that is not easily affected by heat from the two horizontal switch elements 12a. As a result, the first control switch element 13a and the second control switch element 14a can be favorably operated.
  • the heat dissipation layer 3 is formed on the lower surface (the surface on the arrow Z1 direction side) of the first substrate 1. Thereby, the heat dissipation of the power module 100a can be enhanced by the heat dissipation layer 3.
  • the sealing resin is provided between the upper surface (the surface on the arrow Z2 direction side) of the first substrate 1 and the lower surface (the surface on the arrow Z1 direction side) of the second substrate 5. 60 is filled. Thereby, the sealing resin 60 can prevent foreign matter from entering between the upper surface of the first substrate 1 and the lower surface of the second substrate 5. Moreover, the reliability of insulation can be improved.
  • the snubber capacitor 102a is connected to the conductive patterns 7a and 7b on the upper surface (the surface on the arrow Z2 direction side) of the second substrate 5.
  • the first horizontal switch element 11a and the second horizontal switch element 12a are respectively connected to the conductive patterns 7a and 7b through the columnar conductors 9a and 9b, and the lower surface of the second substrate 5 (in the direction of arrow Z1).
  • Side conductive surface 8a and 8b are respectively connected to the conductive patterns 7a and 7b through the columnar conductors 9a and 9b, and the lower surface of the second substrate 5 (in the direction of arrow Z1).
  • Side conductive surface 8a and 8b Side conductive surface 8a and 8b.
  • the conductive patterns 7a and 7b on the upper surface (the surface on the arrow Z2 direction side) of the second substrate 5 are respectively connected to the two one electrodes C1a of the two snubber capacitors 102a. And common to the other two electrodes C2a.
  • the second The structure of the substrate 5 can be simplified.
  • a power module 200a according to the second embodiment will be described with reference to FIGS.
  • the first horizontal switch element 11a and the second horizontal switch element 12a are arranged in opposite directions
  • the first horizontal switch element 11a and the second horizontal switch element An example in which both 12a and 12a are arranged in the same direction will be described.
  • the power module 200a is an example of a “power converter”.
  • the power module 200a performs U-phase power conversion in a three-phase inverter device. That is, also in the second embodiment, as in the first embodiment, two power modules (power modules that perform V-phase and W-phase power conversion) having substantially the same configuration as the power module 200a are power modules. It is provided separately from 200a. Hereinafter, for simplification, only the power module 200a that performs U-phase power conversion will be described.
  • the power module 200a includes a first substrate 201, two lateral switch elements (first lateral switch element 11a and second lateral switch element 12a), and two control switches. Elements (first control switch element 13a and second control switch element 14a), two snubber capacitors 102a, and a second substrate 205 are provided.
  • a sealing resin 60 is filled between the upper surface (the surface on the arrow Z2 direction side) of the first substrate 201 and the lower surface (the surface on the arrow Z1 direction side) of the second substrate 205.
  • illustration of the sealing resin 60 is omitted for convenience of explanation.
  • the first substrate 201 includes an insulating plate 2 and two conductive patterns 204a and 204b formed on the upper surface of the insulating plate 2 (the surface on the arrow Z2 direction side). Including. On the lower surface (surface on the arrow Z1 direction side) of the insulating plate 2 of the first substrate 201, a heat dissipation layer 3 (see FIGS. 18 to 20) is formed. 23 to 25, the second substrate 205 includes an insulating plate 206, five conductive patterns 207a, 207b, 207c, 207d, and 207e formed on the upper surface of the insulating plate 206, and an insulating plate.
  • the conductive patterns 208a, 208b, 208c, 208d, 208e, 208f and 208g formed on the lower surface of 206.
  • the conductive patterns 207a, 207b, 207c, 207d, and 207e and the conductive patterns 208a, 208b, 208c, 208d, and 208e are respectively columnar shapes provided so as to penetrate the insulating plate 206 in the vertical direction (Z direction).
  • the conductors 209a, 209b, 209c, 209d and 209e are electrically connected to each other.
  • the second substrate 205 includes the snubber capacitor 102a, the first horizontal switching element 11a, and the second horizontal type. It arrange
  • the conductive patterns 207a to 207e, 208a to 208g and the columnar conductors 209a to 209e are examples of “connecting conductors”.
  • one electrode C1a of the snubber capacitor 102a is connected to the conductive pattern 207a on the upper surface (surface on the arrow Z2 direction side) of the second substrate 205.
  • the conductive pattern 207a is connected to the drain electrode D1a of the first horizontal switching element 11a via the columnar conductor 209a and the conductive pattern 208a on the lower surface (the surface on the arrow Z1 direction side) of the second substrate 205.
  • the conductive patterns 207a and 208a and the columnar conductor 209a are disposed so as to be sandwiched between the one electrode C1a of the snubber capacitor 102a and the drain electrode D1a of the first lateral switch element 11a.
  • the conductive patterns 207a and 208a are examples of the “first conductive pattern” and the “second conductive pattern”, respectively.
  • the conductive patterns 207a and 208a and the columnar conductor 209a are examples of the “first connection conductor”.
  • the other electrode C2a of the snubber capacitor 102a is connected to the conductive pattern 207b on the upper surface (the surface on the arrow Z2 direction side) of the second substrate 205.
  • the conductive pattern 207b is a source of the second lateral switch element 12a via the columnar conductor 209b, the conductive pattern 208b on the lower surface of the second substrate 205 (the surface on the arrow Z1 direction side), and the second control switch element 14a. It is connected to the electrode S2a.
  • the conductive patterns 207b and 208b and the columnar conductor 209b are arranged so as to be sandwiched between the other electrode C2a of the snubber capacitor 102a and the source electrode S2a of the second lateral switch element 12a.
  • the conductive patterns 207b and 208b are examples of the “first conductive pattern” and the “second conductive pattern”, respectively.
  • the conductive patterns 207b and 208b and the columnar conductor 209b are examples of the “second connection conductor”.
  • the first horizontal switch element 11a and the second horizontal switch element 12a are arranged on the upper surface of the first substrate 201 (the arrow Z1 direction side). Are arranged in the same direction on both sides. Specifically, the electrode E1a on the back surface side of the first horizontal switch element 11a is bonded to the conductive pattern 204a on the upper surface of the first substrate 201 via a bonding layer (not shown) made of solder or the like. Further, E2a on the back surface side of the second horizontal switch element 12a is bonded to the conductive pattern 204b on the upper surface of the first substrate 201 via a bonding layer (not shown) made of solder or the like.
  • the first control switch element 13a and the second control switch element 14a are each a first horizontal switch element mounted on the upper surface (the surface on the arrow Z1 direction side) of the first substrate 201. 11 a and the second horizontal switching element 12 a and the second substrate 205 are disposed. Further, the first control switch element 13a and the second control switch element 14a are both arranged in the same direction on the surface of the first horizontal switch element 11a and the second horizontal switch element 12a.
  • the drain electrode D3a on the back surface side of the first control switch element 13a is connected to the source electrode S1a on the surface side of the first horizontal switch element 11a through a bonding layer (not shown) made of solder or the like. It is joined to. That is, the source electrode S1a on the front surface side of the first horizontal switch element 11a and the drain electrode D3a on the back surface side of the first control switch element 13a are connected without a plate-like conductor or the like.
  • the source electrode S3a and the gate electrode G3a on the surface side of the first control switch element 13a are respectively connected to the lower surface (in the direction of the arrow Z2) of the second substrate 205 via a bonding layer (not shown) made of solder or the like.
  • Surface) conductive patterns 208c and 208d are respectively connected to the lower surface (in the direction of the arrow Z2) of the second substrate 205 via a bonding layer (not shown) made of solder or the like.
  • Surface) conductive patterns 208c and 208d see FIGS. 24 and 25).
  • the drain electrode D4a on the back surface side of the second control switch element 14a is a source on the surface side of the second horizontal switch element 12a via a bonding layer (not shown) made of solder or the like. It is joined to the electrode S2a. That is, the source electrode S2a on the front surface side of the second horizontal switch element 12a and the drain electrode D4a on the back surface side of the second control switch element 14a are connected without a plate-like conductor or the like.
  • the source electrode S4a and the gate electrode G4a on the surface side of the second control switch element 14a are respectively connected to the conductive patterns 208b and 208e on the lower surface of the second substrate 205 via a bonding layer (not shown) made of solder or the like. (Refer to FIG. 24 and FIG. 25).
  • the conductive pattern 208c on the lower surface (the surface on the arrow Z1 direction side) of the second substrate 205 is on the first substrate 201 side (the arrow Z1 direction side).
  • Two protrusions are provided to protrude.
  • the smaller convex portion provided on the left side (arrow X1 direction side) is, as shown in FIG. 19, the first horizontal type via a bonding layer (not shown) made of solder or the like. It is joined to the gate electrode G1a on the surface side of the switch element 11a.
  • the gate electrode G1a of the first lateral switch element 11a and the source electrode S3b of the first control switch element 13a are electrically connected via the conductive pattern 208c.
  • the larger convex portion provided on the right side (arrow X2 direction side) is the second through a bonding layer (not shown) made of solder or the like as shown in FIG. It is joined to the drain electrode D2a of the two lateral switch element 12a.
  • the larger convex portion of the conductive pattern 208c has a source electrode S3a of the first control switch element 13a having a different height (height in the Z direction) with respect to the upper surface (the surface on the arrow Z2 direction side) of the first substrate 201.
  • the drain electrode D2a of the second lateral switch element 12a are provided for electrical connection.
  • the conductive pattern 208b on the lower surface of the second substrate 205 has a convex portion protruding toward the first substrate 201 side (the arrow Z1 direction side). Is provided.
  • the convex portion of the conductive pattern 208b is joined to the gate electrode G2a on the surface side of the second lateral switch element 12a via a joining layer (not shown) made of solder or the like. Thereby, the gate electrode G2a of the second lateral switch element 12a and the source electrode S4b of the second control switch element 14a are electrically connected via the conductive pattern 208b.
  • the conductive patterns 204a and 204b on the upper surface (the surface on the arrow Z2 direction side) of the first substrate 201 protrude toward the second substrate 205 side (the arrow Z2 direction side), respectively. Protruding parts are provided. As shown in FIGS. 19 and 20, the convex portions of the conductive patterns 204a and 204b are provided on the lower surface (surface on the arrow Z1 direction side) of the second substrate 205 via a bonding layer (not shown) made of solder or the like. The conductive patterns 208f and 208g are joined.
  • the source electrode S1a (S2a) on the front surface side and the electrode E1a (E2a) on the back surface side of the first lateral switch element 11a (second lateral switch element 12a) are electrically conductive patterns 208f and 204a (208g and 204b). It is electrically connected via.
  • the conductive pattern 207a on the upper surface (the surface on the arrow Z2 direction side) of the second substrate 205 is connected to the first horizontal switching element via the columnar conductor 209a and the conductive pattern 208a. 11a is connected to the drain electrode D1a. Therefore, the conductive pattern 207a constitutes an input terminal 51a (see FIG. 1) connected to a DC power source (not shown).
  • the conductive pattern 207b is connected to the source electrode S4a of the second control switch element 14a via the columnar conductor 209b and the conductive pattern 208b. Therefore, the conductive pattern 208b constitutes an input terminal 51b (see FIG. 1) connected to a DC power source (not shown).
  • the conductive pattern 207c on the upper surface (the surface on the arrow Z2 direction side) of the second substrate 205 is connected to the source electrode S3a of the first control switch element 13a and the second horizontal type via the columnar conductor 209c and the conductive pattern 208c.
  • the switch element 12a is connected to the drain electrode D2a. Therefore, the conductive pattern 207c constitutes a U-phase output terminal 52a (see FIG. 1) connected to a motor (not shown) or the like.
  • the conductive pattern 207d on the upper surface (the surface on the arrow Z2 direction side) of the second substrate 205 is connected to the gate electrode G3a of the first control switch element 13a via the columnar conductor 209d and the conductive pattern 208d. . Therefore, the conductive pattern 207d constitutes a control terminal 53a (see FIG. 1) to which a control signal for switching the first control switch element 13a is input.
  • the conductive pattern 207e is connected to the gate electrode G4a of the second control switch element 14a via the columnar conductor 209e and the conductive pattern 208e. Therefore, the conductive pattern 207e constitutes a control terminal 53b (see FIG. 1) to which a control signal for switching the second control switch element 14a is input.
  • the current I1 (see FIG. 1) flowing from the one electrode C1a of the snubber capacitor 102a to the drain electrode D1a of the first lateral switch element 11a is leftward (direction of arrow X1) via the conductive pattern 207a. After flowing, it flows downward (in the direction of arrow Z1) through the columnar conductor 209a and the conductive pattern 208a. Accordingly, a current path having a long portion extending in a direction substantially parallel to the first substrate 201 and the second substrate 205 and a short portion extending in a direction substantially perpendicular to the first substrate 201 and the second substrate 205. C11 is formed.
  • a current I2 (see FIG. 1) flowing from the one electrode C1a of the snubber capacitor 102a to the drain electrode D1a of the first lateral switch element 11a is leftward (direction of arrow X1) via the conductive pattern 207a. After flowing, it flows downward (in the direction of arrow Z1) through the columnar conductor 209
  • the source electrode S1a on the front surface side of the first lateral switch element 11a and the drain electrode D3a on the back surface side of the first control switch element 13a are formed of a plate-like conductor. It is connected without going through. Therefore, the current I3 (see FIG. 1) flowing from the source electrode S1a of the first lateral switch element 11a to the drain electrode D3a of the first control switch element 13a is the same as that of the source electrode S1a of the first lateral switch element 11a and the first control.
  • a very short distance between the switch element 13a and the drain electrode D3a flows upward (in the direction of arrow Z2). As a result, a very short current path C13 extending in a direction substantially perpendicular to the first substrate 201 and the second substrate 205 is formed.
  • the current I4 (see FIG. 1) flowing from the drain electrode D3a to the source electrode S3a of the first control switch element 13a is orthogonal to the front and back surfaces of the first control switch element 13a. It flows upward (in the direction of arrow Z2) inside the element 13a. As a result, a current path C14 extending in a direction substantially perpendicular to the first substrate 201 and the second substrate 205 is formed. Further, the current I5 (see FIG. 1) flowing from the source electrode S3a of the first control switch element 13a to the drain electrode D2a of the second horizontal switch element 12a flows in the right direction (arrow) through the flat portion of the conductive pattern 208c.
  • a current path having a long portion extending in a direction substantially parallel to the first substrate 201 and the second substrate 205 and a short portion extending in a direction substantially perpendicular to the first substrate 201 and the second substrate 205. C15 is formed.
  • the current I6 (see FIG. 1) that flows from the drain electrode D2a of the second lateral switch element 12a to the source electrode S2a flows in the right direction (arrow X2 direction) along the surface of the second lateral switch element 12a.
  • a current path C ⁇ b> 16 extending in a direction substantially parallel to the first substrate 201 and the second substrate 205 is formed.
  • the current I7 (see FIG. 1) flowing from the source electrode S2a of the second horizontal switch element 12a to the drain electrode D4a of the second control switch element 14a is the second horizontal type, similarly to the current I3 (see FIG. 1).
  • the second control switch so that the current I8 (see FIG. 1) flowing from the drain electrode D4a to the source electrode S4a of the second control switch element 14a is orthogonal to the front and back surfaces of the second control switch element 14a.
  • the element 14a flows upward (in the direction of arrow Z2).
  • a current path C18 extending in a direction substantially perpendicular to the first substrate 201 and the second substrate 205 is formed.
  • the current I9 (see FIG. 1) flowing from the source electrode S4a of the second control switch element 14a to the other electrode C2a of the snubber capacitor 102a is upward (in the direction of arrow Z2) via the conductive pattern 208b and the columnar conductor 209b.
  • the current paths C11 to C19 (see FIG. 26) formed by the currents I1 to I9 (see FIG. 1) flowing between the snubber capacitor 102a and the first lateral switch element 11a and the second lateral switch element 12a. ) Includes a current path C12 that flows in the lateral direction (arrow X2 direction) between the drain electrode D1a and the source electrode S1a of the first lateral switch element 11a, and a current path C11 that is substantially opposite to the current path C12. Including.
  • the current paths C11 to C19 are a current path C16 flowing in the horizontal direction (arrow X2 direction) between the drain electrode D2a and the source electrode S2a of the second horizontal switching element 12a, and a direction substantially opposite to the current path C16.
  • the current paths C12 and C16 are examples of the “first current path”.
  • the current paths C11 and C19 are examples of the “second current path”.
  • the current path C12 (C16) and the current path C11 (C19) can cancel the change in magnetic flux generated due to the current flowing through these current paths C12 and C11 (C16 and C19). It is arranged at a close distance.
  • the current path C12 (C16) and the current path C11 (C19) are the vertical direction (Z direction) of the second substrate 205 and the first control switch element 13a (second control switch element 14a). Are arranged at a distance of a length substantially equal to the total thickness of the two. Note that the current path C12 (C16) and the current path C11 (C19) are arranged to face each other.
  • the first control switch element 13a (second control switch element 14a) is mechanically stabilized between the first horizontal switch element 11a (second horizontal switch element 12a) and the second substrate 205. Can be held in a state.
  • drain electrode D3a (D4a) on the back surface side of the first control switch element 13a (second control switch element 14a) is connected to the first horizontal switch element 11a (second horizontal type) without using a plate-like conductor.
  • the switch element 12a) can be directly connected to the source electrode S1a (S2a) on the surface side.
  • the drain electrode D3a (D4a) of the first control switch element 13a (second control switch element 14a) and the source electrode S1a (S2a) of the first horizontal switch element 11a (second horizontal switch element 12a) The electrical connection can be ensured.
  • the current path C13 (C17) between the first control switch element 13a (second control switch element 14a) and the first horizontal switch element 11a (second horizontal switch element 12a) is shortened, wiring Inductance can be reduced.
  • the first horizontal switch element 11a and the second horizontal switch element 12a are both arranged on the upper surface (the surface on the arrow Z2 direction side) of the first substrate 201 in the same direction.
  • the surface having the drain electrode D1a, the source electrode S1a and the gate electrode G1a of the first lateral switch element 11a and the surface having the drain electrode D2a, the source electrode S2a and the gate electrode G2a of the second lateral switch element 12a are: Since both are arranged on the second substrate 205 side (arrow Z2 direction side) where the snubber capacitor 102a is arranged, the current path between the snubber capacitor 102a and the first horizontal switch element 11a (second horizontal switch element 12a). Can be easily shortened. As a result, the wiring inductance between the snubber capacitor 102a and the first lateral switch element 11a (second lateral switch element 12a) can be easily reduced.
  • a power module 300a according to the third embodiment will be described with reference to FIGS.
  • the first control switch element 13a (second control switch element 14a) is sandwiched between the first horizontal switch element 11a (second horizontal switch element 12a) and the second substrate 205.
  • the first control switch element 13a (second control switch element 14a) is embedded in the second substrate 305 will be described.
  • the power module 300a is an example of a “power converter”.
  • the power module 300a performs U-phase power conversion in a three-phase inverter device. That is, also in the third embodiment, as in the first and second embodiments, two power modules having substantially the same configuration as the power module 300a (power modules that perform V-phase and W-phase power conversion). Are provided separately from the power module 300a.
  • power modules that perform V-phase and W-phase power conversion are provided separately from the power module 300a.
  • the power module 300a includes a first substrate 301, two lateral switch elements (first lateral switch element 11a and second lateral switch element 12a), and two control switches. Elements (first control switch element 13a and second control switch element 14a), two snubber capacitors 102a, and a second substrate 305 are provided.
  • a sealing resin 60 is filled between the upper surface (the surface on the arrow Z2 direction side) of the first substrate 301 and the lower surface (the surface on the arrow Z1 direction side) of the second substrate 305. 29 and 30, the sealing resin 60 is not shown for convenience of explanation.
  • the first substrate 301 includes an insulating plate 2 and two conductive patterns 304a and 304b formed on the upper surface (surface on the arrow Z2 direction side) of the insulating plate 2. Including. On the lower surface (surface on the arrow Z1 direction side) of the insulating plate 2 of the first substrate 301, a heat radiation layer 3 (see FIGS. 28 to 30) is formed.
  • the second substrate 305 includes an insulating plate 306, five conductive patterns 307a, 307b, 307c, 307d and 307e formed on the upper surface of the insulating plate 306, and an insulating plate.
  • conductive patterns 308a, 308b, 308c, 308d, 308e and 308f formed on the lower surface of 306.
  • five plate conductors 309a, 309b, near the center of the second substrate 305 in the vertical direction (Z direction), 309c, 309d and 309e are embedded.
  • the plate-shaped conductor 309a is connected to the conductive pattern 307a on the upper surface of the second substrate 305 via a columnar conductor 310a provided so as to extend toward the upper surface (the surface on the arrow Z2 direction side) of the second substrate 305. .
  • the plate-shaped conductor 309a is connected to the conductive pattern 308a on the lower surface of the second substrate 305 via a columnar conductor 311a provided so as to extend toward the lower surface (the surface on the arrow Z1 direction side) of the second substrate 305. ing.
  • the plate-like conductor 309b is connected to the conductive pattern 307b on the upper surface of the second substrate 305 via the columnar conductor 310b and connected to the conductive pattern 308b on the lower surface of the second substrate via the columnar conductor 311b. ing.
  • the plate-shaped conductor 309c is connected to the conductive pattern 307c on the upper surface (the surface on the arrow Z2 direction side) of the second substrate 305 via the columnar conductor 310c.
  • the plate-shaped conductor 309c is connected to the conductive patterns 308c and 308d on the lower surface (the surface on the arrow Z1 direction side) of the second substrate 305 via the columnar conductors 311c and 311d.
  • the plate-shaped conductor 309d is connected to the conductive pattern 307d on the upper surface of the second substrate 305 through the columnar conductor 310d.
  • the plate conductor 309e is connected to the conductive pattern 307e on the upper surface of the second substrate 305 via the columnar conductor 310e.
  • the first control switch element 13a and the second control switch element 14a are embedded in the second substrate 305.
  • the first control switch element 13a includes a conductive pattern 308e on the lower surface of the second substrate 305 (the surface on the arrow Z1 direction side), a plate-like conductor 309c in the vicinity of the central portion in the vertical direction (Z direction) of the second substrate 305, and 309d so as to be sandwiched between them.
  • the second control switch element 14a is disposed so as to be sandwiched between the conductive pattern 307f on the lower surface of the second substrate 305 and the plate-like conductors 309b and 309e near the vertical center of the second substrate 305. Has been.
  • the source electrode S3a and the gate electrode G3a on the surface side of the first control switch element 13a are respectively connected to the lower surfaces of the plate conductors 309c and 309d (the arrow Z1 direction side). To the surface). Further, the drain electrode D3a on the back surface side of the first control switch element 13a is joined to the upper surface of the conductive pattern 308e. As shown in FIGS. 28 and 30, the source electrode S4a and the gate electrode G4a on the surface side of the second control switch element 14a are joined to the lower surfaces of the plate conductors 309b and 309e, respectively. The drain electrode D4a on the back surface side of the second control switch element 14a is joined to the upper surface of the conductive pattern 307f.
  • the second substrate 305 is disposed so as to be sandwiched between the snubber capacitor 102a and the first horizontal switch element 11a and the second horizontal switch element 12a.
  • the conductive patterns 307a to 307e, 308a to 308f, the plate-like conductors 309a to 309e, the columnar conductors 310a to 310e and 311a to 311d provided on the second substrate 305 include the snubber capacitor 102a and the first horizontal switching element 11a. And it arrange
  • the conductive patterns 307a to 307e, 308a to 308f, the plate-like conductors 309a to 309e, the columnar conductors 310a to 310e, and 311a to 311d are examples of “connecting conductors”.
  • the one electrode C1a of the snubber capacitor 102a is connected to the conductive pattern 307a on the upper surface (the surface on the arrow Z2 direction side) of the second substrate 305.
  • the conductive pattern 307a includes a columnar conductor 310a, a plate-shaped conductor 309a near the center in the vertical direction (Z direction) of the second substrate 305, a columnar conductor 311a, and the second substrate 305. It is connected to the drain electrode D1a of the first lateral switch element 11a via the conductive pattern 308a on the lower surface (the surface on the arrow Z1 direction side).
  • the conductive patterns 307a and 308a, the plate-like conductor 309a, the columnar conductors 310a and 311a are arranged so as to be sandwiched between the one electrode C1a of the snubber capacitor 102a and the drain electrode D1a of the first horizontal switching element 11a.
  • the conductive patterns 307a and 308a are examples of the “first conductive pattern” and the “second conductive pattern”, respectively.
  • the conductive patterns 307a and 308a, the plate-like conductor 309a, and the columnar conductors 310a and 311a are examples of the “first connecting conductor”.
  • the other electrode C2a of the snubber capacitor 102a is connected to the conductive pattern 307b on the upper surface (the surface on the arrow Z2 direction side) of the second substrate 305.
  • the conductive pattern 307b includes a columnar conductor 310b, a plate-shaped conductor 309b near the center of the second substrate 305 in the vertical direction (Z direction), the second control switch element 14a, and the lower surface (arrow) of the second substrate 305. It is connected to the source electrode S2a of the second lateral switch element 12a via the conductive pattern 308f on the Z1 direction side surface.
  • the conductive patterns 307b and 308f, the plate-like conductor 309b, and the columnar conductor 310b are disposed so as to be sandwiched between the other electrode C1a of the snubber capacitor 102a and the source electrode S2a of the second horizontal switching element 12a.
  • the conductive patterns 307b and 308f are examples of the “first conductive pattern” and the “second conductive pattern”, respectively.
  • the conductive patterns 307b and 308f, the plate-shaped conductor 309b, and the columnar conductor 310b are examples of “second connection conductor”.
  • the first horizontal switch element 11a and the second horizontal switch element 12a are both on the upper surface (the surface on the arrow Z2 direction side) of the first substrate 301. They are arranged in the same direction. Specifically, as shown in FIG. 28, the electrode E1a on the back surface side of the first horizontal switch element 11a is connected to the conductive pattern 304a of the first substrate 301. Further, the electrode E2a on the back surface side of the second horizontal switching element 12a is connected to the conductive pattern 304b of the first substrate 301.
  • the drain electrode D1a, the source electrode S1a, and the gate electrode G1a on the surface side of the first lateral switching element 11a are respectively connected via a bonding layer (not shown) made of solder or the like.
  • a bonding layer (not shown) made of solder or the like.
  • the drain electrode D2a, the source electrode S2a, and the gate electrode G2a on the surface side of the second lateral switch element 12a are respectively connected via a bonding layer (not shown) made of solder or the like.
  • a bonding layer not shown
  • the conductive pattern 308e on the lower surface (the surface on the arrow Z1 direction side) of the third substrate 305 is on the first substrate 301 side (the arrow Z1 direction side).
  • a projecting portion is provided.
  • the portion of the upper surface (the surface on the arrow Z2 direction side) of the first substrate 301 corresponding to the convex portion of the conductive pattern 308e is located on the second substrate 305 side.
  • a projecting portion protruding in the direction of arrow Z2 is provided.
  • the convex part of the conductive pattern 308e and the convex part of the conductive pattern 304a are mutually joined via the joining layer (not shown) which consists of solder etc.
  • the source electrode S1a on the front surface side of the first lateral switch element 11a and the electrode E1a on the back surface side are electrically connected via the conductive patterns 308e and 304a.
  • the conductive pattern 308f on the lower surface (the surface on the arrow Z1 direction side) of the third substrate 305 also protrudes toward the first substrate 301 side (the arrow Z1 direction side). Is provided.
  • the second substrate 305 side is also formed on the portion of the conductive pattern 304b on the upper surface (the surface on the arrow Z2 direction side) of the first substrate 301 corresponding to the convex portion of the conductive pattern 308f.
  • a projecting portion protruding in the direction of arrow Z2 is provided.
  • the convex portions of the conductive pattern 308f and the convex portions of the conductive pattern 304b are joined to each other via a joining layer (not shown) made of solder or the like. Accordingly, as shown in FIG. 30, the source electrode S2a on the front surface side of the second lateral switch element 12a and the electrode E2a on the back surface side are electrically connected via the conductive patterns 308e and 304a.
  • the conductive pattern 307a on the upper surface (the surface on the arrow Z2 direction side) of the second substrate 305 includes the columnar conductor 310a, the plate-shaped conductor 309a, the columnar conductor 311a, and the conductive pattern. It is connected to the drain electrode D1a of the first lateral switch element 11a through the pattern 308a. Therefore, the conductive pattern 307a constitutes an input terminal 51a (see FIG. 1) connected to a DC power source (not shown).
  • the conductive pattern 307b is connected to the source electrode S4a of the second control switch element 14a via the columnar conductor 310b and the plate-shaped conductor 309b. Therefore, the conductive pattern 307b constitutes an input terminal 51b (see FIG. 1) connected to a DC power source (not shown).
  • the conductive pattern 307c on the upper surface (the surface on the arrow Z2 direction side) of the second substrate 305 is connected to the source electrode S3a of the first control switch element 13a via the columnar conductor 310c and the plate-shaped conductor 309c. Yes.
  • the conductive pattern 307c is connected to the drain electrode D2a of the second horizontal switching element 12a through the columnar conductor 310c, the plate-shaped conductor 309c, the columnar conductor 311d, and the conductive pattern 308d. Therefore, the conductive pattern 307c constitutes a U-phase output terminal 52a (see FIG. 1) connected to a motor (not shown) or the like.
  • the conductive pattern 307d on the upper surface (the surface on the arrow Z2 direction side) of the second substrate 305 is connected to the gate electrode G3a of the first control switch element 13a via the columnar conductor 310d and the plate-shaped conductor 309d. Yes. Therefore, the conductive pattern 307d constitutes a control terminal 53a (see FIG. 1) to which a control signal for switching the first control switch element 13a is input.
  • the conductive pattern 307e is connected to the gate electrode G4a of the second control switch element 14a via the columnar conductor 310e and the plate-shaped conductor 309e. Therefore, the conductive pattern 307e constitutes a control terminal 53b (see FIG. 1) to which a control signal for switching the second control switch element 14a is input.
  • the remaining configuration of the third embodiment is the same as that of the second embodiment.
  • the current I1 (see FIG. 1) flowing from the one electrode C1a of the snubber capacitor 102a to the drain electrode D1a of the first lateral switch element 11a is first leftward (in the direction of the arrow X1) via the conductive pattern 307a. ), And then flows downward (in the direction of arrow Z1) through the columnar conductor 310a. Then, the current flowing downward through the columnar conductor 310a in this way flows leftward through the plate-shaped conductor 309a and then flows downward through the columnar conductor 311a and the conductive pattern 308a.
  • a current path C21 having a portion is formed.
  • the current I2 flowing from the drain electrode D1a to the source electrode S1a of the first lateral switch element 11a flows in the right direction (arrow X2 direction) near the inner surface of the first lateral switch element 11a.
  • a long current path C22 extending in a direction substantially parallel to the first substrate 301 and the second substrate 305 is formed.
  • the current I3 (see FIG. 1) that flows from the source electrode S1a of the first lateral switch element 11a to the drain electrode D3a of the first control switch element 13a flows upward (in the direction of arrow Z2) through the conductive pattern 308e. .
  • a short current path C23 extending in a direction substantially perpendicular to the first substrate 301 and the second substrate 305 is formed.
  • the current I4 (see FIG. 1) flowing from the drain electrode D3a to the source electrode S3a of the first control switch element 13a is orthogonal to the front and back surfaces of the first control switch element 13a. It flows upward (in the direction of arrow Z2) inside the element 13a. As a result, a current path C24 extending in a direction substantially perpendicular to the first substrate 301 and the second substrate 305 is formed. Further, the current I5 (see FIG. 1) flowing from the source electrode S3a of the first control switch element 13a to the drain electrode D2a of the second horizontal switch element 12a flows rightward (in the direction of the arrow X2) via the plate-shaped conductor 309c.
  • the current I6 (see FIG. 1) that flows from the drain electrode D2a of the second lateral switch element 12a to the source electrode S2a flows in the right direction (arrow X2 direction) in the vicinity of the surface inside the second lateral switch element 12a.
  • a current path C26 extending in a direction substantially parallel to the first substrate 301 and the second substrate 305 is formed.
  • the current I7 (see FIG. 1) flowing from the source electrode S2a of the second lateral switch element 12a to the drain electrode D4a of the second control switch element 14a is upward (arrow Z2 direction side) through the conductive pattern 308f. Flowing.
  • a short current path C27 extending in a direction substantially perpendicular to the first substrate 301 and the second substrate 305 is formed.
  • the second control switch so that the current I8 (see FIG. 1) flowing from the drain electrode D4a to the source electrode S4a of the second control switch element 14a is orthogonal to the front and back surfaces of the second control switch element 14a.
  • the element 14a flows upward (in the direction of arrow Z2).
  • a current path C28 extending in a direction substantially perpendicular to the first substrate 301 and the second substrate 305 is formed.
  • the current I9 (see FIG. 1) flowing from the source electrode S4a of the second control switch element 14a to the other electrode C2a of the snubber capacitor 102a first flows in the left direction (arrow X1 direction) via the plate-shaped conductor 309b.
  • the current paths C21 to C29 (see FIG. 37) formed by the currents I1 to I9 (see FIG. 1) flowing between the snubber capacitor 102a and the first lateral switch element 11a and the second lateral switch element 12a. ) Includes a current path C22 flowing in the horizontal direction (arrow X2 direction) between the drain electrode D1a and the source electrode S1a of the first horizontal switching element 11a, and a current path C21 in a direction substantially opposite to the current path C22. Including.
  • the current paths C21 to C29 are a current path C26 that flows in the horizontal direction (arrow X2 direction) between the drain electrode D2a and the source electrode S2a of the second horizontal switching element 12a, and a direction substantially opposite to the current path C26.
  • the current paths C22 and C26 are examples of the “first current path”.
  • the current paths C21 and C29 are examples of the “second current path”.
  • the current path C22 (C26) and the current path C21 (C29) can cancel the change in magnetic flux generated due to the current flowing through the current paths C22 and C21 (C26 and C29). It is arranged at a close distance. Specifically, the current path C ⁇ b> 22 (C ⁇ b> 26) and the current path C ⁇ b> 21 (C ⁇ b> 29) are arranged with a distance that is substantially equal to the thickness of the second substrate 305 in the vertical direction (Z direction). The current path C22 (C26) and the current path C21 (C29) are arranged so as to face each other.
  • the first control switch element 13a and the second control switch element 14a are embedded in the second substrate 305 as described above.
  • the connection between the first lateral switch element 11a and the first control switch element 13a can be achieved only by disposing the second substrate 305 on the surfaces of the first lateral switch element 11a and the second lateral switch element 12a.
  • the horizontal switch element 12a and the second control switch element 14a can be connected at the same time.
  • the snubber capacitor 102a, the first lateral switch element 11a, and the second lateral switch are embedded by embedding the first control switch element 13a and the second control switch element 14a in the second substrate 305.
  • the distance between the current paths C22 and C21 (C26 and C29) in opposite directions facing each other is set to the upper and lower sides of the second substrate 305.
  • the length can be approximately equal to the thickness in the direction (Z direction).
  • the distance between the current paths C12 and C11 (C16 and C29) in substantially opposite directions facing each other is such that the second substrate 205 and the first control switch element 13a (second control switch element 14a) are in the vertical direction (Z).
  • the distance between the current paths C22 and C21 (C26 and C29) in the substantially opposite directions facing each other is compared with the first control switch as compared with the second embodiment (see FIG. 26) substantially equal to the total thickness of the first direction switch.
  • the thickness of the element 13a (second control switch element 14a) can be reduced.
  • the three-phase inverter device is shown as an example of the power converter, but a power converter other than the three-phase inverter device may be used.
  • connection conductors (various conductive patterns, columnar conductors, plate-shaped conductors, etc.) for connecting the horizontal switch element and the snubber capacitor are formed on the second substrate.
  • the connection conductor is disposed so as to be sandwiched between the horizontal switch element and the snubber capacitor, but only the connection conductor is provided between the horizontal switch element and the snubber capacitor without providing the second substrate. You may arrange
  • a normally-on lateral switch element In the first to third embodiments, an example in which a normally-on lateral switch element is used has been described. However, a normally-off lateral switch element may be used. In this case, the reliability of the power module can be improved without the normally-off control switch element that is cascode-connected to the horizontal switch element.
  • the example in which two snubber capacitors are provided in one power module (power converter) is shown, but the number of snubber capacitors may be one. And three or more.
  • MOSFET field effect transistor
  • IGBT insulated gate bipolar transistor

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Abstract

 この電力変換装置(100、100a~100c)は、横型スイッチ素子(11a~11c、12a~12c)と、スナバコンデンサ(102a~102c)と、横型スイッチ素子とスナバコンデンサとの間に挟まれるように配置された接続用導体(7a~7e、8a~8f、9a~9e)とを備える。

Description

電力変換装置
 この発明は、電力変換装置に関し、特に、横型スイッチ素子とスナバコンデンサとを備えた電力変換装置に関する。
 従来、横型スイッチ素子とスナバコンデンサとを備えた電力変換装置が知られている。このような電力変換装置は、たとえば、特開平2011-67045号公報に開示されている。
 上記特開平2011-67045号公報には、互いに対向するように配置された金属基板および誘電体基板と、MOSFET(横型スイッチ素子)と、スナバコンデンサとを備えたインバータ装置(電力変換装置)が開示されている。このインバータ装置では、スナバコンデンサの上面側と、スナバコンデンサの下方に配置されたMOSFETの側面側とが板状の配線により接続されている。
特開平2011-67045号公報
 ここで、一般に、横型スイッチ素子とスナバコンデンサとを備えた電力変換装置では、サージ電圧が上昇するのを抑制するために、スナバコンデンサと横型スイッチ素子の電極との間の配線インダクタンスを小さくするのが好ましい。
 しかしながら、上記特開平2011-67045号公報に開示されたインバータ装置では、スナバコンデンサの上面側と、スナバコンデンサの下方に配置されたMOSFETの側面側とが板状の配線により接続されているため、スナバコンデンサとMOSFETとの間の電流経路が長くなる。その結果、スナバコンデンサとMOSFET(横型スイッチ素子)との間の配線インダクタンスが大きく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、スナバコンデンサと横型スイッチ素子との間の配線インダクタンスを小さくすることが可能な電力変換装置を提供することである。
 一の局面による電力変換装置は、表面および裏面を含み、表面側に第1電極および第2電極を有するとともに、第1電極と第2電極との間で表面および裏面と平行な横方向に電流が流れる横型スイッチ素子と、横型スイッチ素子に電気的に接続されるスナバコンデンサと、横型スイッチ素子とスナバコンデンサとの間に挟まれるように配置された接続用導体とを備え、接続用導体を介してスナバコンデンサと横型スイッチ素子とが電気的に接続される電流経路が形成されている。
 一の局面による電力変換装置では、上記のように構成することによって、たとえばスナバコンデンサが上方で、横型スイッチ素子が下方に位置する場合に、スナバコンデンサと横型スイッチ素子との間を流れる電流が、横型スイッチ素子とスナバコンデンサとの間に挟まれるように配置された接続用導体を介してスナバコンデンサの下面側から横型スイッチ素子の上面側(または横型スイッチ素子の上面側からスナバコンデンサの下面側)に流れる。これにより、上方に位置するスナバコンデンサの上面側と、下方に位置する横型スイッチ素子の側面側とを接続する配線を介して電流が流れる場合に比べて、スナバコンデンサと横型スイッチ素子との間の電流経路を短くすることができる。その結果、スナバコンデンサと横型スイッチ素子との間の配線インダクタンスを小さくすることができる。
 上記電力変換装置によれば、スナバコンデンサと横型スイッチ素子との間の配線インダクタンスを小さくすることができる。
第1実施形態によるパワーモジュールを含む3相インバータ装置の回路図である。 第1実施形態によるパワーモジュールを上方から平面的に見た図である。 図2の150-150線に沿った断面図である。 第1実施形態によるパワーモジュールの第1基板を下面側から平面的に見た図である。 図4に示した第1基板を上面側から平面的に見た図である。 図4および図5に示した第1基板を上面側から見た斜視図である。 第1実施形態によるパワーモジュールの第2基板を上面側から平面的に見た図である。 図7に示した第2基板を下面側から平面的に見た図である。 図7および図8に示した第2基板を下面側から見た斜視図である。 第1実施形態による第1横型スイッチ素子および第2横型スイッチ素子を、ドレイン電極、ソース電極およびゲート電極が設けられた表面側から平面的に見た図である。 図10に示した第1横型スイッチ素子および第2横型スイッチ素子を裏面側から平面的に見た図である。 図10および図11の151-151線に沿った断面図である。 第1実施形態による第1制御用スイッチ素子および第2制御用スイッチ素子をソース電極およびゲート電極が設けられた表面側から平面的に見た図である。 図13に示した第1制御用スイッチ素子および第2制御用スイッチ素子をドレイン電極が設けられた裏面側から平面的に見た図である。 図13および図14の152-152線に沿った断面図である。 図3に示したパワーモジュールの内部を流れる電流の電流経路を説明するための図である。 第2実施形態によるパワーモジュールを上方から平面的に見た図である。 図17の153-153線に沿った断面図である。 図17の154-154線に沿った断面図である。 図17の155-155線に沿った断面図である。 第2実施形態によるパワーモジュールの第1基板を上面側から平面的に見た図である。 図21に示した第1基板を上面側から見た斜視図である。 第2実施形態によるパワーモジュールの第2基板を上面側から平面的に見た図である。 図23に示した第2基板を下面側から平面的に見た図である。 図23および図24に示した第2基板を下面側から見た斜視図である。 図18に示したパワーモジュールの内部を流れる電流の電流経路を説明するための図である。 第3実施形態によるパワーモジュールを上方から平面的に見た図である。 図27の156-156線に沿った断面図である。 図27の157-157線に沿った断面図である。 図27の158-158線に沿った断面図である。 第3実施形態によるパワーモジュールの第1基板を上面側から平面的に見た図である。 図31に示した第1基板を上面側から見た斜視図である。 第3実施形態によるパワーモジュールの第2基板を上面側から平面的に見た図である。 図33に示した第2基板を下面側から平面的に見た図である。 図33および図34に示した第2基板を下面側から見た斜視図である。 図35の159-159線に沿った断面図である。 図28に示したパワーモジュールの内部を流れる電流の電流経路を説明するための図である。
 以下、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を参照して、第1実施形態によるパワーモジュール100a、100bおよび100cを含む3相インバータ装置100の構成について説明する。なお、パワーモジュール100a~100cおよび3相インバータ装置100は、「電力変換装置」の一例である。
 図1に示すように、3相インバータ装置100は、U相、V相およびW相の電力変換をそれぞれ行う3個のパワーモジュール100a、100bおよび100cが電気的に並列に接続されることにより構成されている。
 パワーモジュール100a、100bおよび100cは、それぞれ、直流電源(図示せず)から入力端子51aおよび51bを介して入力される直流電力を3相(U相、V相およびW相)の交流電力に変換するように構成されている。そして、パワーモジュール100a、100bおよび100cは、それぞれ、上記のように変換したU相、V相およびW相の交流電力を、出力端子52a、52bおよび52cを介して外部に出力するように構成されている。なお、出力端子52a~52cは、モータ(図示せず)などに接続されている。
 また、パワーモジュール100a、100bおよび100cは、ハーフブリッジ回路101a、101bおよび101cにそれぞれ2個ずつ電気的に並列に接続されたスナバコンデンサ102a、102bおよび102cを備える。
 ハーフブリッジ回路101aは、2個の横型スイッチ素子(第1横型スイッチ素子11aおよび第2横型スイッチ素子12a)と、2個の横型スイッチ素子の各々にカスコード接続された2個の制御用スイッチ素子(第1制御用スイッチ素子13aおよび第2制御用スイッチ素子14a)とを含む。なお、第1横型スイッチ素子11aおよび第2横型スイッチ素子12aは、共に、ノーマリオン型のスイッチ素子(ゲート電極G1aおよびG2aに印加される電圧が0Vのときにドレイン電極D1aおよびD2aとソース電極S1aおよびS2aとの間で電流が流れるように構成されたスイッチ素子)である。また、第1制御用スイッチ素子13aおよび第2制御用スイッチ素子14aは、共に、ノーマリオフ型のスイッチ素子(ゲート電極G3aおよびG4aに印加される電圧が0Vのときにドレイン電極D3aおよびD4aとソース電極S3aおよびS4aとの間で電流が流れないように構成されたスイッチ素子)である。
 ここで、第1実施形態では、第1横型スイッチ素子11a(第2横型スイッチ素子12a)のゲート電極G1a(G2a)は、第1制御用スイッチ素子13a(第2制御用スイッチ素子14a)のソース電極S3a(D4a)に接続されている。これにより、第1制御用スイッチ素子13a(第2制御用スイッチ素子14a)は、制御端子53a(54a)から入力される制御信号に基づいてスイッチングを行うことにより、第1横型スイッチ素子11a(第2横型スイッチ素子12a)の駆動(スイッチング)の制御を行うように構成されている。その結果、ノーマリオン型の第1横型スイッチ素子11a(第2横型スイッチ素子12a)と、ノーマリオフ型の第1制御用スイッチ素子13a(第2制御用スイッチ素子14a)とからなるスイッチ回路S1a(S2a)は、全体として、ノーマリオフ型のスイッチ回路として制御されるように構成されている。
 また、上記ハーフブリッジ回路101aと同様に、ハーフブリッジ回路101bも、ノーマリオン型の2個の横型スイッチ素子(第1横型スイッチ素子11bおよび第2横型スイッチ素子12b)を含む。また、ハーフブリッジ回路101bは、上記2個の横型スイッチ素子の各々にカスコード接続されたノーマリオフ型の2個の制御用スイッチ素子(第1制御用スイッチ素子13bおよび第2制御用スイッチ素子14b)を含む。そして、ノーマリオン型の第1横型スイッチ素子11b(第2横型スイッチ素子12b)と、ノーマリオフ型の第1制御用スイッチ素子13b(第2制御用スイッチ素子14b)とによって、ノーマリオフ型のスイッチ回路S1b(S2b)が構成されている。なお、第1制御用スイッチ素子13b(第2制御用スイッチ素子14b)は、制御端子53b(54b)から入力される制御信号に基づいてスイッチングを行うことにより、第1横型スイッチ素子11b(第2横型スイッチ素子12b)のスイッチングの制御を行うように構成されている。
 また、上記ハーフブリッジ回路101aおよび101bと同様に、ハーフブリッジ回路101cも、ノーマリオン型の2個の横型スイッチ素子(第1横型スイッチ素子11cおよび第2横型スイッチ素子12c)を含む。また、ハーフブリッジ回路101cは、上記2個の横型スイッチ素子の各々にカスコード接続されたノーマリオフ型の2個の制御用スイッチ素子(第1制御用スイッチ素子13cおよび第2制御用スイッチ素子14c)を含む。そして、ノーマリオン型の第1横型スイッチ素子11c(第2横型スイッチ素子12c)と、ノーマリオフ型の第1制御用スイッチ素子13c(第2制御用スイッチ素子14c)とによって、ノーマリオフ型のスイッチ回路S1c(S2c)が構成されている。なお、第1制御用スイッチ素子13c(第2制御用スイッチ素子14c)は、制御端子53c(54c)から入力される制御信号に基づいてスイッチングを行うことにより、第1横型スイッチ素子11c(第2横型スイッチ素子12c)のスイッチングの制御を行うように構成されている。
 次に、図2~図15を参照して、第1実施形態によるパワーモジュール100a、100bおよび100cの具体的な構成(構造)について説明する。なお、パワーモジュール100a、100bおよび100cは、それぞれ略同様の構成を有するので、以下では、U相の電力変換を行うパワーモジュール100aについてのみ説明する。
 図2および図3に示すように、パワーモジュール100aは、第1基板1と、2個の横型スイッチ素子(第1横型スイッチ素子11aおよび第2横型スイッチ素子12a)と、2個の制御用スイッチ素子(第1制御用スイッチ素子13aおよび第2制御用スイッチ素子14a)と、2個のスナバコンデンサ102aと、第2基板5とを備える。
 図3に示すように、第1基板1と第2基板5とは、互いに対向するように、上下方向(Z方向)に所定の間隔を隔てて配置されている。具体的には、第1基板1が下方(矢印Z1方向側)に配置されているとともに、第2基板5が上方(矢印Z2方向側)に配置されている。また、第1横型スイッチ素子11a、第2横型スイッチ素子12a、第1制御用スイッチ素子13aおよび第2制御用スイッチ素子14aは、第1基板1の上面(矢印Z2方向側の表面)と、第2基板5の下面(矢印Z1方向側の裏面)との間に配置されている。また、スナバコンデンサ102aは、第2基板5の上面に配置されている。また、第1基板1の上面と第2基板5の下面との間には、封止樹脂60が充填されている。
 図4~図6に示すように、第1基板1は、絶縁板2と、絶縁板2の下面(矢印Z1方向側の面)に形成された放熱層3と、絶縁板2の上面(矢印Z2方向側の面)に形成された4個の導電パターン4a、4b、4cおよび4dとを含む。また、図7~図9に示すように、第2基板5は、絶縁板6と、絶縁板6の上面に形成された5個の導電パターン7a、7b、7c、7dおよび7eと、絶縁板6の下面に形成された6個の導電パターン8a、8b、8c、8d、8eおよび8fとを含む。ここで、導電パターン7a、7b、7c、7dおよび7eと、導電パターン8a、8b、8c、8dおよび8eとは、それぞれ、絶縁板2を上下方向(Z方向)に貫通するように設けられた柱状導体9a、9b、9c、9dおよび9eを介して電気的に接続されている。なお、導電パターン7a、7b、7c、7dおよび7eと、導電パターン8a、8b、8c、8dおよび8eとは、それぞれ、柱状導体9a、9b、9c、9dおよび9eではなく、貫通ビアのような中空状の導体を介して電気的に接続されていてもよい。
 ここで、第1実施形態では、図3に示すように、第2基板5は、スナバコンデンサ102aと、第1横型スイッチ素子11aおよび第2横型スイッチ素子12aとの間に挟まれるように配置されている。すなわち、スナバコンデンサ102aは、第2基板5に対して上方(矢印Z2方向側)に配置されているとともに、第1横型スイッチ素子11aおよび第2横型スイッチ素子12aは、第2基板に対して下方(矢印Z1方向側)に配置されている。これにより、第2基板5に設けられた導電パターン7a~7e、8a~8fおよび柱状導体9a~9eは、スナバコンデンサ102aと、第1横型スイッチ素子11aおよび第2横型スイッチ素子12aとの間に挟まれるように配置されている。なお、導電パターン7a~7e、8a~8fおよび柱状導体9a~9eは、「接続用導体」の一例である。
 また、図3に示すように、スナバコンデンサ102aの一方電極C1aは、第2基板5の上面(矢印Z2方向側の面)の導電パターン7aに接続されている。この導電パターン7aは、柱状導体9aと、第2基板5の下面(矢印Z1方向側の面)の導電パターン8aとを介して第1横型スイッチ素子11aのドレイン電極D1aに接続されている。これにより、導電パターン7a、8aおよび柱状導体9aは、スナバコンデンサ102aの一方電極C1aと、第1横型スイッチ素子11aのドレイン電極D1aとの間に挟まれるように配置されている。なお、導電パターン7aおよび8aは、それぞれ、「第1導電パターン」および「第2導電パターン」の一例である。また、導電パターン7a、8aおよび柱状導体9aは、「第1接続用導体」の一例である。
 また、スナバコンデンサ102aの他方電極C2aは、第2基板5の上面(矢印Z2方向側の面)の導電パターン7bに接続されている。この導電パターン7bは、柱状導体9bと、第2基板5の下面(矢印Z1方向側の面)の導電パターン8bと、第2制御用スイッチ素子14aと、第1基板1の上面の導電パターン4bとを介して第2横型スイッチ素子12aのソース電極S2aに接続されている。これにより、導電パターン7b、8bおよび柱状導体9bは、スナバコンデンサ102aの他方電極C2aと、第2横型スイッチ素子12aのソース電極S2aとの間に挟まれるように配置されている。なお、導電パターン7bおよび8bは、それぞれ、「第1導電パターン」および「第2導電パターン」の一例である。また、導電パターン7b、8bおよび柱状導体9bは、「第2接続用導体」の一例である。
 ここで、図10~図12に示すように、第1横型スイッチ素子11aおよび第2横型スイッチ素子12aは、それぞれ、表面および裏面に電極を有する半導体ベアチップにより構成されている。具体的には、第1横型スイッチ素子11aおよび第2横型スイッチ素子12aは、それぞれ、3個の電極(ゲート電極G1aおよびG2a、ソース電極S1aおよびS2a、および、ドレイン電極D1aおよびD2a)を有するMOSFET(電界効果型トランジスタ)の半導体ベアチップにより構成されている。なお、ソース電極S1a(S2a)およびドレイン電極D1a(D2a)は、「第1電極」および「第2電極」の一例である。また、ゲート電極G1a(G2a)は、「第3電極」の一例である。
 また、第1横型スイッチ素子11a(第2横型スイッチ素子12a)は、ゲート電極G1a(G2a)と、ソース電極S1a(S2a)と、ドレイン電極D1a(D2a)とがそれぞれ同じ側の面(表面)に設けられるように構成されている。これにより、図12の矢印付きの一点鎖線に示すように、第1横型スイッチ素子11a(第2横型スイッチ素子12a)の内部の表面近傍では、ソース電極S1a(S2a)とドレイン電極D1a(D2a)との間で横方向(表面および裏面と平行な方向)に電流が流れるように構成されている。なお、第1横型スイッチ素子11a(第2横型スイッチ素子12a)は、ゲート電極G1a(G2a)、ソース電極S1a(S2a)およびドレイン電極D1a(D2a)とは反対側の面(裏面)にも、電極E1a(E2a)を有する。
 また、図13~図15に示すように、上記第1横型スイッチ素子11a(第2横型スイッチ素子12a)と同様に、第1制御用スイッチ素子13a(第2制御用スイッチ素子14a)も、表面および裏面を有する半導体ベアチップにより構成されている。また、第1制御用スイッチ素子13a(第2制御用スイッチ素子14a)は、ゲート電極G3a(G4a)、ソース電極S3a(S4a)およびドレイン電極D3a(D4a)を有する。ここで、第1制御用スイッチ素子13a(第2制御用スイッチ素子14a)は、上記第1横型スイッチ素子11a(第2横型スイッチ素子12a)と異なり、ソース電極S3a(S4a)とドレイン電極D3a(D4a)とが互いに異なる側の面に設けられるように構成されている。具体的には、ソース電極S3a(S4a)は、第1制御用スイッチ素子13a(第2制御用スイッチ素子14a)の表面に設けられている一方、ドレイン電極D3a(D4a)は、第1制御用スイッチ素子13a(第2制御用スイッチ素子14a)の裏面に設けられている。これにより、図15の矢印付きの一点鎖線に示すように、第1制御用スイッチ素子13a(第2制御用スイッチ素子14a)の内部では、ソース電極S3a(S4a)とドレイン電極D3a(D4a)との間で縦方向(表面および裏面と垂直な方向)に電流が流れるように構成されている。
 ここで、図3に示すように、第1横型スイッチ素子11aおよび第2横型スイッチ素子12aは、第1基板1の上面(矢印Z2方向側の面)に、互いに表裏逆向きに配置されている。第1横型スイッチ素子11aの表面側のドレイン電極D1a、ソース電極S1aおよびゲート電極G1aは、それぞれ、半田などからなる接合層(図示せず)を介して第2基板5の下面(矢印Z1方向側の面)の導電パターン8a、8fおよび8c(図8および図9参照)に接合されている。その一方、第2横型スイッチ素子12aの表面側のドレイン電極D2a、ソース電極S2aおよびゲート電極G2aは、それぞれ、半田などからなる接合層(図示せず)を介して第1基板1の上面の導電パターン4a、4bおよび4c(図5および図6参照)に接合されている。また、第1横型スイッチ素子11aの裏面側の電極E1aは、半田などからなる接合層(図示せず)を介して第1基板1の上面(矢印Z2方向側の面)の導電パターン4aに接合されている。その一方、第2横型スイッチ素子12aの裏面側の電極E2aは、半田などからなる接合層(図示せず)を介して第2基板5の下面の導電パターン8bに接合されている。
 また、図3に示すように、第1制御用スイッチ素子13aおよび第2制御用スイッチ素子14aは、第1横型スイッチ素子11aおよび第2横型スイッチ素子12aに対して外側に配置されている。すなわち、第1制御用スイッチ素子13aは、第1横型スイッチ素子11aに対して右側(矢印X2方向側)に配置されているとともに、第2制御用スイッチ素子14aは、第2横型スイッチ素子12aに対して左側(矢印X1方向側)に配置されている。なお、上記第1横型スイッチ素子11aおよび第2横型スイッチ素子12aと同様に、第1制御用スイッチ素子13aおよび第2制御用スイッチ素子14aも、第1基板1の上面(矢印Z2方向側の面)に、互いに表裏逆向きに配置されている。
 図3に示すように、第1制御用スイッチ素子13aの表面側のソース電極S3aおよびゲート電極G3aは、それぞれ、半田などからなる接合層(図示せず)を介して第1基板1の上面(矢印Z2方向側の面)の導電パターン4dおよび4a(図5および図6参照)に接合されている。その一方、第2制御用スイッチ素子14aの表面側のソース電極S4aおよびゲート電極G4aは、それぞれ、半田などからなる接合層(図示せず)を介して第2基板5の下面の導電パターン8bおよび8e(図8および図9参照)に接合されている。また、第1制御用スイッチ素子13aの裏面側のドレイン電極D3aは、半田などからなる接合層(図示せず)を介して第2基板5の下面(矢印Z1方向側の面)の導電パターン8f(図8および図9参照)に接合されている。その一方、第2制御用スイッチ素子14aの裏面側のドレイン電極D4aは、半田などからなる接合層(図示せず)を介して第1基板1の上面の導電パターン4b(図5および図6参照)に接合されている。
 なお、第1実施形態では、図8および図9に示すように、第2基板5の下面(矢印Z1方向側の面)の導電パターン8cの右側(矢印X2方向側)の端部近傍には、第1基板1側(矢印Z1方向側)に突出する凸部が設けられている。また、図5および図6に示すように、第1基板1の上面(矢印Z2方向側の面)の導電パターン4aの右側の端部近傍には、第2基板5側(矢印Z2方向側)に突出する凸部が設けられている。そして、導電パターン8cの凸部と、導電パターン4aの凸部とは、半田などからなる接合層(図示せず)を介して接合されている。これにより、導電パターン8cに接合された第1横型スイッチ素子11aのゲート電極G1aと、導電パターン4aに接合された第1制御用スイッチ素子13aのソース電極S3bとが導電パターン4aおよび導電パターン8cを介して電気的に接続されている。
 また、図5および図6に示すように、第1基板1の上面(矢印Z2方向側の面)の導電パターン4cの左側(矢印X1方向側)の端部近傍には、第2基板5側(矢印Z2方向側)に突出する凸部が設けられている。また、図8および図9に示すように、第2基板5の下面(矢印Z1方向側の面)の導電パターン8bの左側の端部近傍には、第1基板1側(矢印Z1方向側)に突出する凸部が設けられている。そして、導電パターン4cの凸部と、導電パターン8bの凸部とは、半田などからなる接合層(図示せず)を介して接合されている。これにより、導電パターン4cに接続された第2横型スイッチ素子12aのゲート電極G2aと、導電パターン8bに接合された第2制御用スイッチ素子14aのソース電極S4aとが導電パターン4cおよび8bを介して電気的に接続されている。
 また、図5および図6に示すように、第1基板1の上面(矢印Z2方向側の面)の導電パターン4dの右側(矢印X2方向側)の端部近傍にも、第2基板5側(矢印Z2方向側)に突出する凸部が設けられている。そして、導電パターン4dの凸部と、第2基板5の下面(矢印Z1方向側の面)の導電パターン8dとは、半田などからなる接合層(図示せず)を介して接合されている。また、図8および図9に示すように、第2基板5の下面(矢印Z1方向側の面)の導電パターン8fの右側の端部近傍にも、第1基板1側(矢印Z1方向側)に突出する凸部が設けられている。この導電パターン8fの凸部は、図3に示すように、第1基板1の上面に対する高さ(Z方向の高さ)が互いに異なる第1横型スイッチ素子11aのソース電極S1aと第1制御用スイッチ素子13aのドレイン電極D3aとを電気的に接続するために設けられている。
 上記のような構成により、第1実施形態では、第2基板5の導電パターン7aは、柱状導体9aと、導電パターン8aとを介して第1横型スイッチ素子11aのドレイン電極D1aに接続されている。したがって、導電パターン7aは、直流電源(図示せず)に接続される入力端子51a(図1参照)を構成する。また、第2基板の導電パターン7bは、柱状導体9bと、導電パターン8bとを介して第2制御用スイッチ素子14aのソース電極S4aに接続されている。したがって、導電パターン7bは、直流電源(図示せず)に接続される入力端子51b(図1参照)を構成する。
 また、第2基板5の導電パターン7cは、柱状導体9cと、導電パターン8cと、第1基板1の導電パターン4aとを介して第1制御用スイッチ素子13aのソース電極S3aおよび第2横型スイッチ素子12aのドレイン電極D2aに接続されている。したがって、導電パターン7cは、モータ(図示せず)などに接続されるU相の出力端子52a(図1参照)を構成する。
 また、第2基板5の導電パターン7dは、柱状導体9dと、導電パターン8dと、第1基板1の導電パターン4dとを介して第1制御用スイッチ素子13aのゲート電極G3aに接続されている。したがって、導電パターン7dは、第1制御用スイッチ素子13aをスイッチングさせるための制御信号が入力される制御端子53a(図1参照)を構成する。また、第2基板の導電パターン7eは、柱状導体9eと、導電パターン8eとを介して第2制御用スイッチ素子14aのゲート電極G4aに接続されている。したがって、導電パターン7eは、第2制御用スイッチ素子14aをスイッチングさせるための制御信号が入力される制御端子54a(図1参照)を構成する。
 なお、第1実施形態では、図2に示すように、2個のスナバコンデンサ102aは、共に、第2基板5の上面(矢印Z2方向側の面)の導電パターン7aおよび7bに跨って配置されている。具体的には、2個のスナバコンデンサ102aの一方電極C1aは、共に、半田などからなる接合材(図示せず)を介して導電パターン7aに接合されている。また、2個のスナバコンデンサ102aの他方電極C2aは、共に、半田などからなる接合材(図示せず)を介して導電パターン7bに接合されている。これにより、導電パターン7aおよび7bは、2個のスナバコンデンサ102aに対して共通に用いられている。
 次に、図1および図16を参照して、第1実施形態によるパワーモジュール100aのスナバコンデンサ102aと、第1横型スイッチ素子11aおよび第2横型スイッチ素子12aとの間を流れる電流I1、I2、I3、I4、I5、I6、I7、I8およびI9(図1参照)により形成される電流経路C1、C2、C3、C4、C5、C6、C7、C8およびC9(図16参照)について説明する。
 図16に示すように、スナバコンデンサ102aの一方電極C1aから第1横型スイッチ素子11aのドレイン電極D1aに流れる電流I1(図1参照)は、導電パターン7a、柱状導体9aおよび導電パターン8aを介して下方向(矢印Z1方向)に流れる。これにより、第1基板1および第2基板5に対して略垂直な方向に延びる電流経路C1が形成される。また、第1横型スイッチ素子11aのドレイン電極D1aからソース電極S1aに流れる電流I2(図1参照)は、第1横型スイッチ素子11aの表面に沿って右方向(矢印X2方向)に流れる。これにより、第1基板1および第2基板5に対して略平行な方向に延びる電流経路C2が形成される。
 次に、第1横型スイッチ素子11aのソース電極S1aから第1制御用スイッチ素子13aのドレイン電極D3aに流れる電流I3(図1参照)は、導電パターン8fの平板状の部分を介して右方向(矢印X2方向)に流れた後に、導電パターン8fの右側(矢印X2方向側)の端部に設けられた凸部を介して下方向(矢印Z1方向)に流れる。これにより、第1基板1および第2基板5に対して略平行な方向に延びる長い部分と、第1基板1および第2基板5に対して略垂直な方向に延びる短い部分とを有する電流経路C3が形成される。
 次に、第1制御用スイッチ素子13aのドレイン電極D3aからソース電極S3aに流れる電流I4(図1参照)は、第1制御用スイッチ素子13aの表面および裏面と直交するように第1制御用スイッチ素子13aの内部を下方向(矢印Z1方向)に流れる。これにより、第1基板1および第2基板5に対して略垂直な方向に延びる電流経路C4が形成される。また、第1制御用スイッチ素子13aのソース電極S3aから第2横型スイッチ素子12aのドレイン電極D2aに流れる電流I5(図1参照)は、導電パターン4aを介して左方向(矢印X1方向)に流れる。これにより、第1基板1および第2基板5に対して略平行な方向に延びる電流経路C5が形成される。
 次に、第2横型スイッチ素子12aのドレイン電極D2aからソース電極S2aに流れる電流I6(図1参照)は、第2横型スイッチ素子12aの表面に沿って左方向(矢印X1方向)に流れる。これにより、第1基板1および第2基板5に対して略平行な方向に延びる電流経路C6が形成される。また、第2横型スイッチ素子12aのソース電極S2aから第2制御用スイッチ素子14aのドレイン電極D4aに流れる電流I7(図1参照)は、導電パターン4bを介して左方向(矢印X1方向)に流れる。これにより、第1基板1および第2基板5に対して略平行な方向に延びる電流経路C7が形成される。
 次に、第2制御用スイッチ素子14aのドレイン電極D4aからソース電極S4aに流れる電流I8(図1参照)は、第2制御用スイッチ素子14aの表面および裏面と直交するように第2制御用スイッチ素子14aの内部を上方向(矢印Z2方向)に流れる。これにより、第1基板1および第2基板5に対して略垂直な方向に延びる電流経路C8が形成される。また、第2制御用スイッチ素子14aのソース電極S4aからスナバコンデンサ102aの他方電極C2aに流れる電流I9(図1参照)は、導電パターン8bの左側(矢印X1方向側)の端部の凸部を介して上方向(矢印Z2方向)に流れた後に、導電パターン8bの平板状の部分を介して右方向(矢印X2方向)に流れる。そして、このように導電パターン8bの平板状の部分を介して右方向に流れた電流は、柱状導体9bおよび導電パターン7bを介して上方向(矢印Z2方向)に流れる。これにより、第1基板1および第2基板5に対して略平行な方向に延びる長い部分と、第1基板1および第2基板5に対して略垂直な方向に延びる短い部分とを有する電流経路C9が形成される。
 上記のように、スナバコンデンサ102aと、第1横型スイッチ素子11aおよび第2横型スイッチ素子12aとの間を流れる電流I1~I9(図1参照)により形成される電流経路C1~C9(図16参照)は、第1横型スイッチ素子11aのドレイン電極D1aとソース電極S1aとの間で横方向(矢印X2方向)に流れる電流経路C2と、電流経路C2に対して略逆方向の電流経路C5とを含む。また、電流経路C1~C9は、第2横型スイッチ素子12aのドレイン電極D2aとソース電極S2aとの間で横方向(矢印X1方向)に流れる電流経路C6と、電流経路C6に対して略逆方向の電流経路C9とを含む。なお、電流経路C2およびC6は、「第1電流経路」の一例である。また、電流経路C5およびC9は、「第2電流経路」の一例である。
 ここで、電流経路C2(C6)と、電流経路C5(C9)とは、これらの電流経路C2およびC5(C6およびC9)に電流が流れることに起因して発生する磁束の変化の打ち消しが可能な近接距離に配置されている。具体的には、電流経路C2(C6)と、電流経路C5(C9)とは、第1横型スイッチ素子11aおよび第2横型スイッチ素子12aの上下方向(Z方向)の厚みと略同じ長さの距離を隔てて配置されている。なお、電流経路C2(C6)と、電流経路C5(C9)とは、互いに対向するように配置されている。
 第1実施形態では、上記のように、導電パターン7a~7eと、導電パターン8a~8fと、導電パターン7a~7eおよび導電パターン8a~8eを接続する柱状導体9a~9eとを含む第2基板5を、上方(矢印Z2方向側)に位置するスナバコンデンサ102aと、下方(矢印Z1方向側)に位置する第1横型スイッチ素子11a(第2横型スイッチ素子12a)との間に挟まれるように配置する。これにより、上方に位置するスナバコンデンサ102aと、下方に位置する第1横型スイッチ素子11aとの間を流れる電流I1(図1参照)が、第2基板5の導電パターン7a、8aおよび柱状導体9aを介してスナバコンデンサ102aの下面側から第1横型スイッチ素子11aの上面側に流れる。また、上方に位置するスナバコンデンサ102aと、下方に位置する第2横型スイッチ素子12aとの間を流れる電流I9(図1参照)が、第2基板5の導電パターン7b、8bおよび柱状導体9bを介して第2横型スイッチ素子12aの上面側からスナバコンデンサ102aの下面側に流れる。その結果、上方に位置するスナバコンデンサ102aの上面側と、下方に位置する第1横型スイッチ素子11a(第2横型スイッチ素子12a)の側面側とを接続する配線を介して電流が流れる場合に比べて、スナバコンデンサ102aと第1横型スイッチ素子11a(第2横型スイッチ素子12a)との間の電流経路を短くすることができる。これにより、スナバコンデンサ102aと第1横型スイッチ素子11a(第2横型スイッチ素子12a)との間の配線インダクタンスを小さくすることができる。
 また、第1実施形態では、上記のように、第1横型スイッチ素子11a(第2横型スイッチ素子12a)の駆動を制御する第1制御用スイッチ素子13a(第2制御用スイッチ素子14a)を第1横型スイッチ素子11a(第2横型スイッチ素子12a)にカスコード接続する。これにより、第1横型スイッチ素子11a(第2横型スイッチ素子12a)がノーマリオン型である場合でも、ノーマリオフ型の第1制御用スイッチ素子13a(第2制御用スイッチ素子14a)を用いることによって、第1横型スイッチ素子11a(第2横型スイッチ素子12a)と第1制御用スイッチ素子13a(第2制御用スイッチ素子14a)とからなるスイッチ回路S1a(S2a)を、全体として、ノーマリオフ型として制御することができる。その結果、制御端子53aおよび54aに制御信号が入力される前に入力端子51aおよび51bに電圧が印加された場合でも、スイッチ回路S1aおよびS2aに電流は流れないので、入力端子51aおよび51b間が短絡するのを抑制することができる。これにより、パワーモジュール100aの信頼性を高めることができる。
 また、第1実施形態では、上記のように、第1横型スイッチ素子11a(第2横型スイッチ素子12a)の制御用のゲート電極G1a(G2a)を、第1制御用スイッチ素子13a(第2制御用スイッチ素子14a)の電流が流入または流出するソース電極S3a(S4a)に接続する。これにより、第1制御用スイッチ素子13a(第2制御用スイッチ素子14a)によって、容易に、第1横型スイッチ素子11a(第2横型スイッチ素子12a)の駆動を制御することができる。
 また、第1実施形態では、上記のように、第1横型スイッチ素子11aのドレイン電極D1aとソース電極S1aとの間で横方向(矢印X2方向)に流れる電流経路C2(図16参照)と、電流経路C2に対して略逆方向の電流経路C5(図16参照)とを、磁束の変化の打ち消しが可能な近接距離に配置する。また、第2横型スイッチ素子12aのドレイン電極D2aとソース電極S2aとの間で横方向(矢印X1方向)に流れる電流経路C6(図16参照)と、電流経路C6に対して略逆方向に流れる電流経路C9(図16参照)とを、磁束の変化の打ち消しが可能な近接距離に配置する。これにより、スナバコンデンサ102aと第1横型スイッチ素子11aおよび第2横型スイッチ素子12aとの間を流れる電流経路C1~C9(図16参照)のうち、電流経路C2およびC6に発生する磁束の変化を、電流経路C5およびC9に発生する磁束の変化によってそれぞれ相殺することができる。その結果、スナバコンデンサ102aと第1横型スイッチ素子11aおよび第2横型スイッチ素子12aとの間の配線インダクタンスをより小さくすることができる。
 また、第1実施形態では、上記のように、電流経路C2(C6)と電流経路C5(C9)とを、互いに対向するように配置する。これにより、電流経路C2(C6)に発生する磁束の変化を、電流経路C5(C9)に発生する磁束の変化によって確実に相殺することができるので、スナバコンデンサ102aと第1横型スイッチ素子11aおよび第2横型スイッチ素子12aとの間の配線インダクタンスを確実に小さくすることができる。
 また、第1実施形態では、上記のように、第1横型スイッチ素子11aおよび第2横型スイッチ素子12aを、第1基板1と第2基板5との間に挟まれるように配置する。これにより、第1横型スイッチ素子11aおよび第2横型スイッチ素子12aを、第1基板1と第2基板5との間に機械的に安定した状態で保持することができる。
 また、第1実施形態では、上記のように、第1横型スイッチ素子11aおよび第2横型スイッチ素子12aに加えて、第1制御用スイッチ素子13aおよび第2制御用スイッチ素子14aも、第1基板1と第2基板5との間に挟まれるように配置する。これにより、第1横型スイッチ素子11aおよび第2横型スイッチ素子12aに加えて、第1制御用スイッチ素子13aおよび第2制御用スイッチ素子14aも、第1基板1と第2基板5との間に機械的に安定した状態で保持することができる。
 また、第1実施形態では、上記のように、第1横型スイッチ素子11aおよび第2横型スイッチ素子12aを、第1基板1の上面(矢印Z2方向側の面)に、互いに表裏逆向きに配置する。これにより、第1横型スイッチ素子11aの表面側のドレイン電極D1a、ソース電極S1aおよびゲート電極G1aを、それぞれ、第2基板5の下面(矢印Z1方向側の面)の導電パターン8a、8fおよび8cに接合する工程の簡易化を図ることができる。また、第2横型スイッチ素子12aの表面側のドレイン電極D2a、ソース電極S2aおよびゲート電極G2aを、それぞれ、第1基板1の上面の導電パターン4a、4bおよび4cに接合する工程の簡易化を図ることができる。
 また、第1実施形態では、上記のように、第1制御用スイッチ素子13aおよび第2制御用スイッチ素子14aを、第1横型スイッチ素子11aおよび第2横型スイッチ素子12aに対して左右方向(X方向)の外側に配置する。これにより、第1制御用スイッチ素子13aおよび第2制御用スイッチ素子14aを第1横型スイッチ素子11aおよび第2横型スイッチ素子12aの内側に配置する場合に比べて、第1横型スイッチ素子11aおよび第2横型スイッチ素子12aからの熱による影響を受けにくい場所に第1制御用スイッチ素子13aおよび第2制御用スイッチ素子14aを配置することができる。その結果、第1制御用スイッチ素子13aおよび第2制御用スイッチ素子14aを良好に動作させることができる。
 また、第1実施形態では、上記のように、第1基板1の下面(矢印Z1方向側の面)に、放熱層3を形成する。これにより、放熱層3によって、パワーモジュール100aの放熱性を高めることができる。
 また、第1実施形態では、上記のように、第1基板1の上面(矢印Z2方向側の面)と第2基板5の下面(矢印Z1方向側の面)との間に、封止樹脂60を充填する。これにより、封止樹脂60によって、第1基板1の上面と第2基板5の下面との間に異物が侵入するのを抑制することができる。また、絶縁の信頼性を高めることができる。
 また、第1実施形態では、上記のように、スナバコンデンサ102aを、第2基板5の上面(矢印Z2方向側の面)の導電パターン7aおよび7bに接続する。また、第1横型スイッチ素子11aおよび第2横型スイッチ素子12aを、それぞれ、上記導電パターン7aおよび7bに柱状導体9aおよび9bを介して電気的に接続された第2基板5の下面(矢印Z1方向側の面)の導電パターン8aおよび8bに接続する。これにより、接合面積の大きい導電パターン7aおよび7bにスナバコンデンサ102aを接合することができるので、スナバコンデンサ102aを導電パターン7aおよび7bに接合する工程の簡易化を図ることができる。また、スナバコンデンサ102aと第1横型スイッチ素子11aおよび第2横型スイッチ素子12aとの間に第2基板5が挟まれる構成を、簡易な工程によって容易に実現することができる。
 また、第1実施形態では、上記のように、第2基板5の上面(矢印Z2方向側の面)の導電パターン7aおよび7bを、それぞれ、2個のスナバコンデンサ102aの2個の一方電極C1aおよび2個の他方電極C2aに対して共通に用いる。これにより、第2基板5の上面に、2個のスナバコンデンサ102aの2個の一方電極C1aおよび2個の他方電極C2aの各々に対応する合計4個の導電パターンを設ける場合と異なり、第2基板5の構造の簡略化を図ることができる。
 (第2実施形態)
 次に、図17~図26を参照して、第2実施形態によるパワーモジュール200aについて説明する。この第2実施形態では、第1横型スイッチ素子11aと第2横型スイッチ素子12aとが互いに表裏逆向きに配置された上記第1実施形態と異なり、第1横型スイッチ素子11aと第2横型スイッチ素子12aとが共に表裏同じ向きに配置された例について説明する。なお、パワーモジュール200aは、「電力変換装置」の一例である。
 まず、図17~図25を参照して、第2実施形態によるパワーモジュール200aの構成について説明する。なお、このパワーモジュール200aは、3相インバータ装置においてU相の電力変換を行うものとする。すなわち、この第2実施形態においても、上記第1実施形態と同様に、パワーモジュール200aと略同様の構成を有する2つのパワーモジュール(V相およびW相の電力変換を行うパワーモジュール)がパワーモジュール200aとは別々に設けられている。以下では、簡単化のため、U相の電力変換を行うパワーモジュール200aについてのみ説明する。
 図17~図20に示すように、パワーモジュール200aは、第1基板201と、2個の横型スイッチ素子(第1横型スイッチ素子11aおよび第2横型スイッチ素子12a)と、2個の制御用スイッチ素子(第1制御用スイッチ素子13aおよび第2制御用スイッチ素子14a)と、2個のスナバコンデンサ102aと、第2基板205とを備える。また、第1基板201の上面(矢印Z2方向側の面)と、第2基板205の下面(矢印Z1方向側の面)との間には、封止樹脂60が充填されている。なお、図19および図20では、説明の便宜上、封止樹脂60の図示を省略している。
 また、図21および図22に示すように、第1基板201は、絶縁板2と、絶縁板2の上面(矢印Z2方向側の面)に形成された2個の導電パターン204aおよび204bとを含む。この第1基板201の絶縁板2の下面(矢印Z1方向側の面)には、放熱層3(図18~図20参照)が形成されている。また、図23~図25に示すように、第2基板205は、絶縁板206と、絶縁板206の上面に形成された5個の導電パターン207a、207b、207c、207dおよび207eと、絶縁板206の下面に形成された7個の導電パターン208a、208b、208c、208d、208e、208fおよび208gとを含む。なお、導電パターン207a、207b、207c、207dおよび207eと、導電パターン208a、208b、208c、208dおよび208eとは、それぞれ、絶縁板206を上下方向(Z方向)に貫通するように設けられた柱状導体209a、209b、209c、209dおよび209eを介して互いに電気的に接続されている。
 ここで、図18~図20に示すように、第2実施形態においても、上記第1実施形態と同様に、第2基板205は、スナバコンデンサ102aと、第1横型スイッチ素子11aおよび第2横型スイッチ素子12aとの間に挟まれるように配置されている。すなわち、第2基板205に設けられた導電パターン207a~207e、208a~208gおよび柱状導体209a~209eは、スナバコンデンサ102aと、第1横型スイッチ素子11aおよび第2横型スイッチ素子12aとの間に挟まれるように配置されている。なお、導電パターン207a~207e、208a~208gおよび柱状導体209a~209eは、「接続用導体」の一例である。
 図18に示すように、スナバコンデンサ102aの一方電極C1aは、第2基板205の上面(矢印Z2方向側の面)の導電パターン207aに接続されている。この導電パターン207aは、柱状導体209aと、第2基板205の下面(矢印Z1方向側の面)の導電パターン208aとを介して第1横型スイッチ素子11aのドレイン電極D1aに接続されている。これにより、導電パターン207a、208aおよび柱状導体209aは、スナバコンデンサ102aの一方電極C1aと、第1横型スイッチ素子11aのドレイン電極D1aとの間に挟まれるように配置されている。なお、導電パターン207aおよび208aは、それぞれ、「第1導電パターン」および「第2導電パターン」の一例である。また、導電パターン207a、208aおよび柱状導体209aは、「第1接続用導体」の一例である。
 また、スナバコンデンサ102aの他方電極C2aは、第2基板205の上面(矢印Z2方向側の面)の導電パターン207bに接続されている。この導電パターン207bは、柱状導体209bと、第2基板205の下面(矢印Z1方向側の面)の導電パターン208bと、第2制御用スイッチ素子14aとを介して第2横型スイッチ素子12aのソース電極S2aに接続されている。これにより、導電パターン207b、208bおよび柱状導体209bは、スナバコンデンサ102aの他方電極C2aと、第2横型スイッチ素子12aのソース電極S2aとの間に挟まれるように配置されている。なお、導電パターン207bおよび208bは、それぞれ、「第1導電パターン」および「第2導電パターン」の一例である。また、導電パターン207b、208bおよび柱状導体209bは、「第2接続用導体」の一例である。
 ここで、図18に示すように、第2実施形態では、上記第1実施形態と異なり、第1横型スイッチ素子11aおよび第2横型スイッチ素子12aが、第1基板201の上面(矢印Z1方向側の面)に、共に表裏同じ向きに配置されている。具体的には、第1横型スイッチ素子11aの裏面側の電極E1aは、半田などからなる接合層(図示せず)を介して第1基板201の上面の導電パターン204aに接合されている。また、第2横型スイッチ素子12aの裏面側のE2aは、半田などからなる接合層(図示せず)を介して第1基板201の上面の導電パターン204bに接合されている。
 また、第2実施形態では、第1制御用スイッチ素子13aおよび第2制御用スイッチ素子14aは、それぞれ、第1基板201の上面(矢印Z1方向側の面)に搭載された第1横型スイッチ素子11aおよび第2横型スイッチ素子12aと、第2基板205との間に挟まれるように配置されている。また、第1制御用スイッチ素子13aおよび第2制御用スイッチ素子14aは、第1横型スイッチ素子11aおよび第2横型スイッチ素子12aの表面に、共に表裏同じ向きに配置されている。
 図18に示すように、第1制御用スイッチ素子13aの裏面側のドレイン電極D3aは、半田などからなる接合層(図示せず)を介して第1横型スイッチ素子11aの表面側のソース電極S1aに接合されている。すなわち、第1横型スイッチ素子11aの表面側のソース電極S1aと、第1制御用スイッチ素子13aの裏面側のドレイン電極D3aとは、板状の導体などを介さずに接続されている。また、第1制御用スイッチ素子13aの表面側のソース電極S3aおよびゲート電極G3aは、それぞれ、半田などからなる接合層(図示せず)を介して第2基板205の下面(矢印Z2方向側の面)の導電パターン208cおよび208d(図24および図25参照)に接合されている。
 また、図18に示すように、第2制御用スイッチ素子14aの裏面側のドレイン電極D4aは、半田などからなる接合層(図示せず)を介して第2横型スイッチ素子12aの表面側のソース電極S2aに接合されている。すなわち、第2横型スイッチ素子12aの表面側のソース電極S2aと、第2制御用スイッチ素子14aの裏面側のドレイン電極D4aとは、板状の導体などを介さずに接続されている。また、第2制御用スイッチ素子14aの表面側のソース電極S4aおよびゲート電極G4aは、それぞれ、半田などからなる接合層(図示せず)を介して第2基板205の下面の導電パターン208bおよび208e(図24および図25参照)に接合されている。
 なお、第2実施形態では、図24および図25に示すように、第2基板205の下面(矢印Z1方向側の面)の導電パターン208cには、第1基板201側(矢印Z1方向側)に突出する2つの凸部が設けられている。これら2つの凸部のうち、左側(矢印X1方向側)に設けられた小さい方の凸部は、図19に示すように、半田などからなる接合層(図示せず)を介して第1横型スイッチ素子11aの表面側のゲート電極G1aに接合されている。これにより、第1横型スイッチ素子11aのゲート電極G1aと、第1制御用スイッチ素子13aのソース電極S3bとは、導電パターン208cを介して電気的に接続されている。また、上記2つの凸部のうち、右側(矢印X2方向側)に設けられた大きい方の凸部は、図18に示すように、半田などからなる接合層(図示せず)を介して第2横型スイッチ素子12aのドレイン電極D2aに接合されている。この導電パターン208cの大きい方の凸部は、第1基板201の上面(矢印Z2方向側の面)に対する高さ(Z方向の高さ)が互いに異なる第1制御用スイッチ素子13aのソース電極S3aと第2横型スイッチ素子12aのドレイン電極D2aとを電気的に接続するために設けられている。
 また、図24および図25に示すように、第2基板205の下面(矢印Z1方向側の面)の導電パターン208bには、第1基板201側(矢印Z1方向側)に突出する凸部が設けられている。この導電パターン208bの凸部は、図20に示すように、半田などからなる接合層(図示せず)を介して第2横型スイッチ素子12aの表面側のゲート電極G2aに接合されている。これにより、第2横型スイッチ素子12aのゲート電極G2aと、第2制御用スイッチ素子14aのソース電極S4bとは、導電パターン208bを介して電気的に接続されている。
 また、図21および図22に示すように、第1基板201の上面(矢印Z2方向側の面)の導電パターン204aおよび204bには、それぞれ、第2基板205側(矢印Z2方向側)に突出する凸部が設けられている。図19および図20に示すように、導電パターン204aおよび204bの凸部は、それぞれ、半田などからなる接合層(図示せず)を介して第2基板205の下面(矢印Z1方向側の面)の導電パターン208fおよび208gに接合されている。これにより、第1横型スイッチ素子11a(第2横型スイッチ素子12a)の表面側のソース電極S1a(S2a)と、裏面側の電極E1a(E2a)とは、導電パターン208fおよび204a(208gおよび204b)を介して電気的に接続されている。
 上記のような構成により、第2実施形態では、第2基板205の上面(矢印Z2方向側の面)の導電パターン207aは、柱状導体209aと、導電パターン208aとを介して第1横型スイッチ素子11aのドレイン電極D1aに接続されている。したがって、導電パターン207aは、直流電源(図示せず)に接続される入力端子51a(図1参照)を構成する。また、導電パターン207bは、柱状導体209bと、導電パターン208bとを介して第2制御用スイッチ素子14aのソース電極S4aに接続されている。したがって、導電パターン208bは、直流電源(図示せず)に接続される入力端子51b(図1参照)を構成する。
 また、第2基板205の上面(矢印Z2方向側の面)の導電パターン207cは、柱状導体209cと、導電パターン208cとを介して、第1制御用スイッチ素子13aのソース電極S3aおよび第2横型スイッチ素子12aのドレイン電極D2aに接続されている。したがって、導電パターン207cは、モータ(図示せず)などに接続されるU相の出力端子52a(図1参照)を構成する。
 また、第2基板205の上面(矢印Z2方向側の面)の導電パターン207dは、柱状導体209dと、導電パターン208dとを介して第1制御用スイッチ素子13aのゲート電極G3aに接続されている。したがって、導電パターン207dは、第1制御用スイッチ素子13aをスイッチングさせるための制御信号が入力される制御端子53a(図1参照)を構成する。また、導電パターン207eは、柱状導体209eと、導電パターン208eとを介して第2制御用スイッチ素子14aのゲート電極G4aに接続されている。したがって、導電パターン207eは、第2制御用スイッチ素子14aをスイッチングさせるための制御信号が入力される制御端子53b(図1参照)を構成する。
 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。
 次に、図1および図26を参照して、第2実施形態によるパワーモジュール200aのスナバコンデンサ102aと、第1横型スイッチ素子11aおよび第2横型スイッチ素子12aとの間を流れる電流I1、I2、I3、I4、I5、I6、I7、I8およびI9(図1参照)により形成される電流経路C11、C12、C13、C14、C15、C16、C17、C18およびC19(図26参照)について説明する。
 図26に示すように、スナバコンデンサ102aの一方電極C1aから第1横型スイッチ素子11aのドレイン電極D1aに流れる電流I1(図1参照)は、導電パターン207aを介して左方向(矢印X1方向)に流れた後に、柱状導体209aおよび導電パターン208aを介して下方向(矢印Z1方向)に流れる。これにより、第1基板201および第2基板205に対して略平行な方向に延びる長い部分と、第1基板201および第2基板205に対して略垂直な方向に延びる短い部分とを有する電流経路C11が形成される。そして、第1横型スイッチ素子11aのドレイン電極D1aからソース電極S1aに流れる電流I2(図1参照)は、第1横型スイッチ素子11aの表面に沿って右方向(矢印X2方向)に流れる。これにより、第1基板201および第2基板205に対して略平行な方向に延びる電流経路C12が形成される。
 ここで、第2実施形態では、上記のように、第1横型スイッチ素子11aの表面側のソース電極S1aと、第1制御用スイッチ素子13aの裏面側のドレイン電極D3aとは、板状の導体などを介さずに接続されている。このため、第1横型スイッチ素子11aのソース電極S1aから第1制御用スイッチ素子13aのドレイン電極D3aに流れる電流I3(図1参照)は、第1横型スイッチ素子11aのソース電極S1aと第1制御用スイッチ素子13aのドレイン電極D3aとの間の非常に短い距離を上方向(矢印Z2方向)に流れる。これにより、第1基板201および第2基板205に対して略垂直な方向に延びる非常に短い電流経路C13が形成される。
 次に、第1制御用スイッチ素子13aのドレイン電極D3aからソース電極S3aに流れる電流I4(図1参照)は、第1制御用スイッチ素子13aの表面および裏面と直交するように第1制御用スイッチ素子13aの内部を上方向(矢印Z2方向)に流れる。これにより、第1基板201および第2基板205に対して略垂直な方向に延びる電流経路C14が形成される。また、第1制御用スイッチ素子13aのソース電極S3aから第2横型スイッチ素子12aのドレイン電極D2aに流れる電流I5(図1参照)は、導電パターン208cの平板状の部分を介して右方向(矢印X2方向)に流れた後に、導電パターン208cの右側の凸部を介して下方向(矢印Z1方向)に流れる。これにより、第1基板201および第2基板205に対して略平行な方向に延びる長い部分と、第1基板201および第2基板205に対して略垂直な方向に延びる短い部分とを有する電流経路C15が形成される。
 次に、第2横型スイッチ素子12aのドレイン電極D2aからソース電極S2aに流れる電流I6(図1参照)は、第2横型スイッチ素子12aの表面に沿って右方向(矢印X2方向)に流れる。これにより、第1基板201および第2基板205に対して略平行な方向に延びる電流経路C16が形成される。また、第2横型スイッチ素子12aのソース電極S2aから第2制御用スイッチ素子14aのドレイン電極D4aに流れる電流I7(図1参照)は、上記電流I3(図1参照)と同様に、第2横型スイッチ素子12aのソース電極S2aと第2制御用スイッチ素子14aのドレイン電極D4aとの間の非常に短い距離を上方向(矢印Z2方向)に流れる。これにより、第1基板201および第2基板205に対して略垂直な方向に延びる非常に短い電流経路C17が形成される。
 次に、第2制御用スイッチ素子14aのドレイン電極D4aからソース電極S4aに流れる電流I8(図1参照)は、第2制御用スイッチ素子14aの表面および裏面と直交するように第2制御用スイッチ素子14aの内部を上方向(矢印Z2方向)に流れる。これにより、第1基板201および第2基板205に対して略垂直な方向に延びる電流経路C18が形成される。また、第2制御用スイッチ素子14aのソース電極S4aからスナバコンデンサ102aの他方電極C2aに流れる電流I9(図1参照)は、導電パターン208bと、柱状導体209bを介して上方向(矢印Z2方向)に流れた後に、導電パターン207bを介して左方向(矢印X1方向)に流れる。これにより、第1基板201および第2基板205に対して略垂直な方向に延びる短い部分と、第1基板201および第2基板205に対して略平行な方向に延びる長い部分とを有する電流経路C19が形成される。
 上記のように、スナバコンデンサ102aと、第1横型スイッチ素子11aおよび第2横型スイッチ素子12aとの間を流れる電流I1~I9(図1参照)により形成される電流経路C11~C19(図26参照)は、第1横型スイッチ素子11aのドレイン電極D1aとソース電極S1aとの間で横方向(矢印X2方向)に流れる電流経路C12と、電流経路C12に対して略逆方向の電流経路C11とを含む。また、電流経路C11~C19は、第2横型スイッチ素子12aのドレイン電極D2aとソース電極S2aとの間で横方向(矢印X2方向)に流れる電流経路C16と、電流経路C16に対して略逆方向の電流経路C19とを含む。なお、電流経路C12およびC16は、「第1電流経路」の一例である。また、電流経路C11およびC19は、「第2電流経路」の一例である。
 ここで、電流経路C12(C16)と、電流経路C11(C19)とは、これらの電流経路C12およびC11(C16およびC19)に電流が流れることに起因して発生する磁束の変化の打ち消しが可能な近接距離に配置されている。具体的には、電流経路C12(C16)と、電流経路C11(C19)とは、第2基板205および第1制御用スイッチ素子13a(第2制御用スイッチ素子14a)の上下方向(Z方向)の厚みの合計と略等しい長さの距離を隔てて配置されている。なお、電流経路C12(C16)と、電流経路C11(C19)とは、互いに対向するように配置されている。
 第2実施形態では、上記のように、第1制御用スイッチ素子13a(第2制御用スイッチ素子14a)を、第1基板201の上面(矢印Z2方向側の面)に搭載された第1横型スイッチ素子11a(第2横型スイッチ素子12a)と、第2基板205との間に挟まれるように配置する。これにより、第1制御用スイッチ素子13a(第2制御用スイッチ素子14a)を、第1横型スイッチ素子11a(第2横型スイッチ素子12a)と、第2基板205との間に機械的に安定した状態で保持することができる。また、第1制御用スイッチ素子13a(第2制御用スイッチ素子14a)の裏面側のドレイン電極D3a(D4a)を、板状の導体などを介さずに、第1横型スイッチ素子11a(第2横型スイッチ素子12a)の表面側のソース電極S1a(S2a)に直接的に接続することができる。これにより、第1制御用スイッチ素子13a(第2制御用スイッチ素子14a)のドレイン電極D3a(D4a)と、第1横型スイッチ素子11a(第2横型スイッチ素子12a)のソース電極S1a(S2a)との電気的接続を確実にとることができる。また、第1制御用スイッチ素子13a(第2制御用スイッチ素子14a)と、第1横型スイッチ素子11a(第2横型スイッチ素子12a)との間の電流経路C13(C17)が短くなるので、配線インダクタンスを小さくすることができる。
 また、第2実施形態では、上記のように、第1横型スイッチ素子11aおよび第2横型スイッチ素子12aを、第1基板201の上面(矢印Z2方向側の面)に、共に表裏同じ向きに配置する。これにより、第1横型スイッチ素子11aのドレイン電極D1a、ソース電極S1aおよびゲート電極G1aを有する表面と、第2横型スイッチ素子12aのドレイン電極D2a、ソース電極S2aおよびゲート電極G2aを有する表面とが、共に、スナバコンデンサ102aが配置された第2基板205側(矢印Z2方向側)に配置されるので、スナバコンデンサ102aと第1横型スイッチ素子11a(第2横型スイッチ素子12a)との間の電流経路を容易に短くすることができる。その結果、スナバコンデンサ102aと第1横型スイッチ素子11a(第2横型スイッチ素子12a)との間の配線インダクタンスを容易に小さくすることができる。
 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)
 次に、図27~図37を参照して、第3実施形態によるパワーモジュール300aについて説明する。この第3実施形態では、第1制御用スイッチ素子13a(第2制御用スイッチ素子14a)が第1横型スイッチ素子11a(第2横型スイッチ素子12a)と第2基板205との間に挟まれている上記第2実施形態と異なり、第1制御用スイッチ素子13a(第2制御用スイッチ素子14a)が第2基板305に埋め込まれている例について説明する。なお、パワーモジュール300aは、「電力変換装置」の一例である。
 まず、図27~図36を参照して、第3実施形態によるパワーモジュール300aの構成について説明する。なお、このパワーモジュール300aは、3相インバータ装置においてU相の電力変換を行うものとする。すなわち、この第3実施形態においても、上記第1および第2実施形態と同様に、パワーモジュール300aと略同様の構成を有する2つのパワーモジュール(V相およびW相の電力変換を行うパワーモジュール)がパワーモジュール300aとは別々に設けられている。以下では、簡単化のため、U相の電力変換を行うパワーモジュール300aについてのみ説明する。
 図27~図30に示すように、パワーモジュール300aは、第1基板301と、2個の横型スイッチ素子(第1横型スイッチ素子11aおよび第2横型スイッチ素子12a)と、2個の制御用スイッチ素子(第1制御用スイッチ素子13aおよび第2制御用スイッチ素子14a)と、2個のスナバコンデンサ102aと、第2基板305とを備える。また、第1基板301の上面(矢印Z2方向側の面)と、第2基板305の下面(矢印Z1方向側の面)との間には、封止樹脂60が充填されている。なお、図29および図30では、説明の便宜上、封止樹脂60の図示を省略している。
 また、図31および図32に示すように、第1基板301は、絶縁板2と、絶縁板2の上面(矢印Z2方向側の面)に形成された2個の導電パターン304aおよび304bとを含む。この第1基板301の絶縁板2の下面(矢印Z1方向側の面)には、放熱層3(図28~図30参照)が形成されている。また、図33~図35に示すように、第2基板305は、絶縁板306と、絶縁板306の上面に形成された5個の導電パターン307a、307b、307c、307dおよび307eと、絶縁板306の下面に形成された6個の導電パターン308a、308b、308c、308d、308eおよび308fとを含む。ここで、第3実施形態では、図28~図30および図36に示すように、第2基板305の上下方向(Z方向)の中央部近傍には、5個の板状導体309a、309b、309c、309dおよび309eが埋め込まれている。
 板状導体309aは、第2基板305の上面(矢印Z2方向側の面)に向かって延びるように設けられた柱状導体310aを介して第2基板305の上面の導電パターン307aに接続されている。また、板状導体309aは、第2基板305の下面(矢印Z1方向側の面)に向かって延びるように設けられた柱状導体311aを介して第2基板305の下面の導電パターン308aに接続されている。同様に、板状導体309bは、柱状導体310bを介して第2基板305の上面の導電パターン307bに接続されているとともに、柱状導体311bを介して第2基板の下面の導電パターン308bに接続されている。
 また、板状導体309cは、柱状導体310cを介して第2基板305の上面(矢印Z2方向側の面)の導電パターン307cに接続されている。また、板状導体309cは、柱状導体311cおよび311dを介して第2基板305の下面(矢印Z1方向側の面)の導電パターン308cおよび308dに接続されている。なお、板状導体309dは、柱状導体310dを介して第2基板305の上面の導電パターン307dに接続されている。また、板状導体309eは、柱状導体310eを介して第2基板305の上面の導電パターン307eに接続されている。
 また、第3実施形態では、図28~図30に示すように、第1制御用スイッチ素子13aおよび第2制御用スイッチ素子14aは、第2基板305の内部に埋め込まれている。第1制御用スイッチ素子13aは、第2基板305の下面(矢印Z1方向側の面)の導電パターン308eと、第2基板305の上下方向(Z方向)の中央部近傍の板状導体309cおよび309dとの間に挟まれるように配置されている。また、第2制御用スイッチ素子14aは、第2基板305の下面の導電パターン307fと、第2基板305の上下方向の中央部近傍の板状導体309bおよび309eとの間に挟まれるように配置されている。
 具体的には、図28および図29に示すように、第1制御用スイッチ素子13aの表面側のソース電極S3aおよびゲート電極G3aは、それぞれ、板状導体309cおよび309dの下面(矢印Z1方向側の面)に接合されている。また、第1制御用スイッチ素子13aの裏面側のドレイン電極D3aは、導電パターン308eの上面に接合されている。また、図28および図30に示すように、第2制御用スイッチ素子14aの表面側のソース電極S4aおよびゲート電極G4aは、それぞれ、板状導体309bおよび309eの下面に接合されている。また、第2制御用スイッチ素子14aの裏面側のドレイン電極D4aは、導電パターン307fの上面に接合されている。
 なお、第3実施形態では、上記第2実施形態と同様に、第2基板305は、スナバコンデンサ102aと、第1横型スイッチ素子11aおよび第2横型スイッチ素子12aとの間に挟まれるように配置されている。これにより、第2基板305に設けられた導電パターン307a~307e、308a~308f、板状導体309a~309e、柱状導体310a~310eおよび311a~311dは、スナバコンデンサ102aと、第1横型スイッチ素子11aおよび第2横型スイッチ素子12aとの間に挟まれるように配置されている。なお、導電パターン307a~307e、308a~308f、板状導体309a~309e、柱状導体310a~310eおよび311a~311dは、「接続用導体」の一例である。
 図27および図28に示すように、スナバコンデンサ102aの一方電極C1aは、第2基板305の上面(矢印Z2方向側の面)の導電パターン307aに接続されている。この導電パターン307aは、図28に示すように、柱状導体310aと、第2基板305の上下方向(Z方向)の中央部近傍の板状導体309aと、柱状導体311aと、第2基板305の下面(矢印Z1方向側の面)の導電パターン308aとを介して第1横型スイッチ素子11aのドレイン電極D1aに接続されている。これにより、導電パターン307a、308a、板状導体309a、柱状導体310aおよび311aは、スナバコンデンサ102aの一方電極C1aと、第1横型スイッチ素子11aのドレイン電極D1aとの間に挟まれるように配置されている。なお、導電パターン307aおよび308aは、それぞれ、「第1導電パターン」および「第2導電パターン」の一例である。また、導電パターン307a、308a、板状導体309a、柱状導体310aおよび311aは、「第1接続用導体」の一例である。
 また、スナバコンデンサ102aの他方電極C2aは、第2基板305の上面(矢印Z2方向側の面)の導電パターン307bに接続されている。この導電パターン307bは、柱状導体310bと、第2基板305の上下方向(Z方向)の中央部近傍の板状導体309bと、第2制御用スイッチ素子14aと、第2基板305の下面(矢印Z1方向側の面)の導電パターン308fとを介して第2横型スイッチ素子12aのソース電極S2aに接続されている。これにより、導電パターン307b、308f、板状導体309bおよび柱状導体310bは、スナバコンデンサ102aの他方電極C1aと、第2横型スイッチ素子12aのソース電極S2aとの間に挟まれるように配置されている。なお、導電パターン307bおよび308fは、それぞれ、「第1導電パターン」および「第2導電パターン」の一例である。また、導電パターン307b、308f、板状導体309bおよび柱状導体310bは、「第2接続用導体」の一例である。
 また、第3実施形態では、上記第2実施形態と同様に、第1横型スイッチ素子11aおよび第2横型スイッチ素子12aが、第1基板301の上面(矢印Z2方向側の面)に、共に表裏同じ向きに配置されている。具体的には、図28に示すように、第1横型スイッチ素子11aの裏面側の電極E1aは、第1基板301の導電パターン304aに接続されている。また、第2横型スイッチ素子12aの裏面側の電極E2aは、第1基板301の導電パターン304bに接続されている。
 また、図28および図29に示すように、第1横型スイッチ素子11aの表面側のドレイン電極D1a、ソース電極S1aおよびゲート電極G1aは、それぞれ、半田などからなる接合層(図示せず)を介して第2基板305の下面(矢印Z1方向側の面)の導電パターン308a、308eおよび308cに接合されている。また、図28および図30に示すように、第2横型スイッチ素子12aの表面側のドレイン電極D2a、ソース電極S2aおよびゲート電極G2aは、それぞれ、半田などからなる接合層(図示せず)を介して第2基板305の下面の導電パターン308d、308fおよび308bに接合されている。
 なお、第3実施形態では、図34および図35に示すように、第3基板305の下面(矢印Z1方向側の面)の導電パターン308eには、第1基板301側(矢印Z1方向側)に突出する凸部が設けられている。また、図31および図32に示すように、第1基板301の上面(矢印Z2方向側の面)の導電パターン304aの上記導電パターン308eの凸部に対応する部分には、第2基板305側(矢印Z2方向側)に突出する凸部が設けられている。そして、導電パターン308eの凸部と、導電パターン304aの凸部とは、半田などからなる接合層(図示せず)を介して互いに接合されている。これにより、図29に示すように、第1横型スイッチ素子11aの表面側のソース電極S1aと、裏面側の電極E1aとは、導電パターン308eおよび304aを介して電気的に接続されている。
 同様に、図34および図35に示すように、第3基板305の下面(矢印Z1方向側の面)の導電パターン308fにも、第1基板301側(矢印Z1方向側)に突出する凸部が設けられている。また、図31および図32に示すように、第1基板301の上面(矢印Z2方向側の面)の導電パターン304bの上記導電パターン308fの凸部に対応する部分にも、第2基板305側(矢印Z2方向側)に突出する凸部が設けられている。そして、導電パターン308fの凸部と、導電パターン304bの凸部とは、半田などからなる接合層(図示せず)を介して互いに接合されている。これにより、図30に示すように、第2横型スイッチ素子12aの表面側のソース電極S2aと、裏面側の電極E2aとは、導電パターン308eおよび304aを介して電気的に接続されている。
 上記のような構成により、第3実施形態では、第2基板305の上面(矢印Z2方向側の面)の導電パターン307aは、柱状導体310aと、板状導体309aと、柱状導体311aと、導電パターン308aとを介して第1横型スイッチ素子11aのドレイン電極D1aに接続されている。したがって、導電パターン307aは、直流電源(図示せず)に接続される入力端子51a(図1参照)を構成する。また、導電パターン307bは、柱状導体310bと、板状導体309bとを介して第2制御用スイッチ素子14aのソース電極S4aに接続されている。したがって、導電パターン307bは、直流電源(図示せず)に接続される入力端子51b(図1参照)を構成する。
 また、第2基板305の上面(矢印Z2方向側の面)の導電パターン307cは、柱状導体310cと、板状導体309cとを介して第1制御用スイッチ素子13aのソース電極S3aに接続されている。また、導電パターン307cは、柱状導体310cと、板状導体309cと、柱状導体311dと、導電パターン308dとを介して第2横型スイッチ素子12aのドレイン電極D2aに接続されている。したがって、導電パターン307cは、モータ(図示せず)などに接続されるU相の出力端子52a(図1参照)を構成する。
 また、第2基板305の上面(矢印Z2方向側の面)の導電パターン307dは、柱状導体310dと、板状導体309dとを介して第1制御用スイッチ素子13aのゲート電極G3aに接続されている。したがって、導電パターン307dは、第1制御用スイッチ素子13aをスイッチングさせるための制御信号が入力される制御端子53a(図1参照)を構成する。また、導電パターン307eは、柱状導体310eと、板状導体309eとを介して第2制御用スイッチ素子14aのゲート電極G4aに接続されている。したがって、導電パターン307eは、第2制御用スイッチ素子14aをスイッチングさせるための制御信号が入力される制御端子53b(図1参照)を構成する。
 なお、第3実施形態のその他の構成は、上記第2実施形態と同様である。
 次に、図1および図37を参照して、第3実施形態によるパワーモジュール300aのスナバコンデンサ102aと、第1横型スイッチ素子11aおよび第2横型スイッチ素子12aとの間を流れる電流I1、I2、I3、I4、I5、I6、I7、I8およびI9(図1参照)により形成される電流経路C21、C22、C23、C24、C25、C26、C27、C28およびC29(図37参照)について説明する。
 図37に示すように、スナバコンデンサ102aの一方電極C1aから第1横型スイッチ素子11aのドレイン電極D1aに流れる電流I1(図1参照)は、まず、導電パターン307aを介して左方向(矢印X1方向)に流れた後に、柱状導体310aを介して下方向(矢印Z1方向)に流れる。そして、このように柱状導体310aを介して下方向に流れた電流は、板状導体309aを介して左方向に流れた後に、柱状導体311aおよび導電パターン308aを介して下方向に流れる。これにより、第1基板301および第2基板305に対して略平行な方向に延びる2個の長い部分と、第1基板301および第2基板305に対して略垂直な方向に延びる2個の短い部分とを有する電流経路C21が形成される。
 次に、第1横型スイッチ素子11aのドレイン電極D1aからソース電極S1aに流れる電流I2(図1参照)は、第1横型スイッチ素子11aの内部の表面近傍を右方向(矢印X2方向)に流れる。これにより、第1基板301および第2基板305に対して略平行な方向に延びる長い電流経路C22が形成される。また、第1横型スイッチ素子11aのソース電極S1aから第1制御用スイッチ素子13aのドレイン電極D3aに流れる電流I3(図1参照)は、導電パターン308eを介して上方向(矢印Z2方向)に流れる。これにより、第1基板301および第2基板305に対して略垂直な方向に延びる短い電流経路C23が形成される。
 次に、第1制御用スイッチ素子13aのドレイン電極D3aからソース電極S3aに流れる電流I4(図1参照)は、第1制御用スイッチ素子13aの表面および裏面と直交するように第1制御用スイッチ素子13aの内部を上方向(矢印Z2方向)に流れる。これにより、第1基板301および第2基板305に対して略垂直な方向に延びる電流経路C24が形成される。また、第1制御用スイッチ素子13aのソース電極S3aから第2横型スイッチ素子12aのドレイン電極D2aに流れる電流I5(図1参照)は、板状導体309cを介して右方向(矢印X2方向)に流れた後に、柱状導体311dと導電パターン308dとを介して下方向に流れる。これにより、第1基板301および第2基板305に対して略平行な方向に延びる長い部分と、第1基板301および第2基板305に対して略垂直な方向に延びる短い部分とを有する電流経路C25が形成される。
 次に、第2横型スイッチ素子12aのドレイン電極D2aからソース電極S2aに流れる電流I6(図1参照)は、第2横型スイッチ素子12aの内部の表面近傍を右方向(矢印X2方向)に流れる。これにより、第1基板301および第2基板305に対して略平行な方向に延びる電流経路C26が形成される。また、第2横型スイッチ素子12aのソース電極S2aから第2制御用スイッチ素子14aのドレイン電極D4aに流れる電流I7(図1参照)は、導電パターン308fを介して上方向(矢印Z2方向側)に流れる。これにより、第1基板301および第2基板305に対して略垂直な方向に延びる短い電流経路C27が形成される。
 次に、第2制御用スイッチ素子14aのドレイン電極D4aからソース電極S4aに流れる電流I8(図1参照)は、第2制御用スイッチ素子14aの表面および裏面と直交するように第2制御用スイッチ素子14aの内部を上方向(矢印Z2方向)に流れる。これにより、第1基板301および第2基板305に対して略垂直な方向に延びる電流経路C28が形成される。また、第2制御用スイッチ素子14aのソース電極S4aからスナバコンデンサ102aの他方電極C2aに流れる電流I9(図1参照)は、まず、板状導体309bを介して左方向(矢印X1方向)に流れた後に、柱状導体310bを介して上方向に流れる。そして、このように柱状導体310bを介して上方向に流れた電流は、導電パターン307bを介して左方向に流れる。これにより、第1基板301および第2基板305に対して略平行な方向に延びる2個の長い部分と、第1基板301および第2基板305に対して略垂直な方向に延びる1個の短い部分とを有する電流経路C29が形成される。
 上記のように、スナバコンデンサ102aと、第1横型スイッチ素子11aおよび第2横型スイッチ素子12aとの間を流れる電流I1~I9(図1参照)により形成される電流経路C21~C29(図37参照)は、第1横型スイッチ素子11aのドレイン電極D1aとソース電極S1aとの間で横方向(矢印X2方向)に流れる電流経路C22と、電流経路C22に対して略逆方向の電流経路C21とを含む。また、電流経路C21~C29は、第2横型スイッチ素子12aのドレイン電極D2aとソース電極S2aとの間で横方向(矢印X2方向)に流れる電流経路C26と、電流経路C26に対して略逆方向の電流経路C29とを含む。なお、電流経路C22およびC26は、「第1電流経路」の一例である。また、電流経路C21およびC29は、「第2電流経路」の一例である。
 ここで、電流経路C22(C26)と、電流経路C21(C29)とは、これらの電流経路C22およびC21(C26およびC29)に電流が流れることに起因して発生する磁束の変化の打ち消しが可能な近接距離に配置されている。具体的には、電流経路C22(C26)と、電流経路C21(C29)とは、第2基板305の上下方向(Z方向)の厚みに略等しい長さの距離を隔てて配置されている。なお、電流経路C22(C26)と、電流経路C21(C29)とは、互いに対向するように配置されている。
 第3実施形態では、上記のように、第1制御用スイッチ素子13aおよび第2制御用スイッチ素子14aを、第2基板305内に埋め込む。これにより、第2基板305を第1横型スイッチ素子11aおよび第2横型スイッチ素子12aの表面に配置するだけで、第1横型スイッチ素子11aと第1制御用スイッチ素子13aとの接続と、第2横型スイッチ素子12aと第2制御用スイッチ素子14aとの接続とを同時に行うことができる。その結果、第1横型スイッチ素子11aおよび第2横型スイッチ素子12aと、第1制御用スイッチ素子13aおよび第2制御用スイッチ素子との接続作業の簡略化を図ることができる。
 また、第3実施形態では、第1制御用スイッチ素子13aおよび第2制御用スイッチ素子14aを第2基板305内に埋め込むことによって、スナバコンデンサ102aと、第1横型スイッチ素子11aおよび第2横型スイッチ素子12aとの間に形成される電流経路C21~C29(図37参照)のうち、互いに対向する略逆方向の電流経路C22およびC21(C26およびC29)間の距離を、第2基板305の上下方向(Z方向)の厚みに略等しい長さにすることができる。これにより、互いに対向する略逆方向の電流経路C12およびC11(C16およびC29)間の距離が第2基板205および第1制御用スイッチ素子13a(第2制御用スイッチ素子14a)の上下方向(Z方向)の厚みの合計と略等しい上記第2実施形態(図26参照)に比べて、互いに対向する略逆方向の電流経路C22およびC21(C26およびC29)間の距離を、第1制御用スイッチ素子13a(第2制御用スイッチ素子14a)の厚み分小さくすることができる。その結果、電流経路C22(C26)に発生する磁束の変化を、電流経路C21(C29)に発生する磁束の変化によって効果的に相殺することができるので、スナバコンデンサ102aと第1横型スイッチ素子11aおよび第2横型スイッチ素子12aとの間の配線インダクタンスをさらに小さくすることができる。
 なお、第3実施形態のその他の効果は、上記第2実施形態と同様である。
 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、電力変換装置の一例として3相インバータ装置を示したが、3相インバータ装置以外の電力変換装置であってもよい。
 また、上記第1~第3実施形態では、横型スイッチ素子とスナバコンデンサとを接続するための接続用導体(種々の導電パターン、柱状導体および板状導体など)を第2基板に形成することにより、接続用導体を横型スイッチ素子とスナバコンデンサとの間に挟まれるように配置する例を示したが、第2基板を設けずに、接続用導体のみを横型スイッチ素子とスナバコンデンサとの間に挟まれるように配置してもよい。
 また、上記第1~第3実施形態では、ノーマリオン型の横型スイッチ素子を用いる例を示したが、ノーマリオフ型の横型スイッチ素子を用いてもよい。この場合、横型スイッチ素子にカスコード接続されたノーマリオフ型の制御用スイッチ素子がなくても、パワーモジュールの信頼性を高めることができる。
 また、上記第1~第3実施形態では、1個のパワーモジュール(電力変換装置)に2個のスナバコンデンサを設けた例を示したが、スナバコンデンサの個数は、1個であってもよいし、3個以上であってもよい。
 また、上記第1~第3実施形態では、横型スイッチ素子として、MOSFET(電界効果型トランジスタ)を用いる例を示したが、IGBT(絶縁ゲートバイポーラトランジスタ)などの他のトランジスタを用いてもよい。また、トランジスタ以外の他の横型スイッチ素子を用いてもよい。
 1 第1基板
 3 放熱層
 5 第2基板
 7a~7e 導電パターン(接続用導体)
 8a~8f 導電パターン(接続用導体)
 9a~9e 柱状導体(接続用導体)
 11a~11c 第1横型スイッチ素子(横型スイッチ素子)
 12a~12c 第2横型スイッチ素子(横型スイッチ素子)
 13a~13c 第1制御用スイッチ素子(制御用スイッチ素子)
 14a~14c 第2制御用スイッチ素子(制御用スイッチ素子)
 60 封止樹脂
 100 3相インバータ装置(電力変換装置)
 100a~100c パワーモジュール(電力変換装置)
 102a~102c スナバコンデンサ
 200a パワーモジュール(電力変換装置)
 201 第1基板
 205 第2基板
 207a~207e 導電パターン(接続用導体)
 208a~208g 導電パターン(接続用導体)
 209a~209e 柱状導体(接続用導体)
 300a パワーモジュール(電力変換装置)
 307a~307e 導電パターン(接続用導体)
 308a~208f 導電パターン(接続用導体)
 309a~309e 板状導体(接続用導体)
 310a~310e 柱状導体(接続用導体)
 311a~311d 柱状導体(接続用導体)

Claims (17)

  1.  表面および裏面を含み、前記表面側に第1電極(D1a~D1c、D2a~D2c、S1a~S1c、S2a~S2c)および第2電極(D1a~D1c、D2a~D2c、S1a~S1c、S2a~S2c)を有するとともに、前記第1電極と前記第2電極との間で前記表面および裏面と平行な横方向に電流が流れる横型スイッチ素子(11a~11c、12a~12c)と、
     前記横型スイッチ素子に電気的に接続されるスナバコンデンサ(102a~102c)と、
     前記横型スイッチ素子と前記スナバコンデンサとの間に挟まれるように配置された接続用導体(7a~7e、8a~8f、9a~9e、207a~207e、208a~208g、209a~209e、307a~307e、308a~308f、309a~309e、310a~310e、311a~311d)とを備え、
     前記接続用導体を介して前記スナバコンデンサと前記横型スイッチ素子とが電気的に接続される電流経路(C1~C9、C11~C19、C21~C29)が形成されている、電力変換装置。
  2.  前記横型スイッチ素子にカスコード接続され、前記横型スイッチ素子の駆動を制御する制御用スイッチ素子(13a~13c、14a~14c)をさらに備える、請求項1に記載の電力変換装置。
  3.  前記横型スイッチ素子は、前記第1電極および前記第2電極に加えて、制御用の第3電極(G1a~G1c、G2a~G2c)を有し、
     前記横型スイッチ素子の少なくとも前記第3電極は、前記制御用スイッチ素子の電流が流入または流出する電極(S3a~S3c、S4a~S4c)に接続されている、請求項2に記載の電力変換装置。
  4.  前記接続用導体を介して前記スナバコンデンサと前記横型スイッチ素子とが電気的に接続される電流経路は、前記横型スイッチ素子の前記第1電極と前記第2電極との間で横方向に流れる第1電流経路(C2、C6、C12、C16、C22、C26)と、前記第1電流経路に対して略逆方向に流れる第2電流経路(C5、C9、C11、C19、C21、C29)とを含み、
     前記第1電流経路と前記第2電流経路とは、磁束の変化の打ち消しが可能な近接距離に配置されている、請求項1~3のいずれか1項に記載の電力変換装置。
  5.  前記第1電流経路と前記第2電流経路とは、互いに対向するように配置されている、請求項4に記載の電力変換装置。
  6.  表面に前記横型スイッチ素子が搭載される第1基板(1、201、301)をさらに備え、
     前記横型スイッチ素子は、前記第1基板と前記接続用導体との間に挟まれるように配置されている、請求項1~5のいずれか1項に記載の電力変換装置。
  7.  前記横型スイッチ素子にカスコード接続され、前記横型スイッチ素子の駆動を制御する制御用スイッチ素子をさらに備え、
     前記横型スイッチ素子に加えて、前記制御用スイッチ素子も、前記第1基板と前記接続用導体との間に挟まれるように配置されている、請求項6に記載の電力変換装置。
  8.  前記制御用スイッチ素子は、前記第1基板の表面に搭載された前記横型スイッチ素子と、前記接続用導体との間に挟まれるように配置されている、請求項7に記載の電力変換装置。
  9.  前記接続用導体を含む第2基板(305)をさらに備え、
     前記制御用スイッチ素子は、前記第2基板内に埋め込まれている、請求項8に記載の電力変換装置。
  10.  前記横型スイッチ素子は、第1横型スイッチ素子(11a~11c)および第2横型スイッチ素子(12a~12c)を含み、
     前記第1横型スイッチ素子および前記第2横型スイッチ素子は、前記第1基板の表面に、互いに表裏逆向きに配置されている、請求項6または7に記載の電力変換装置。
  11.  前記制御用スイッチ素子は、前記第1横型スイッチ素子および前記第2横型スイッチ素子にそれぞれ対応する第1制御用スイッチ素子(13a、13b、13c)および第2制御用スイッチ素子(14a、14b、14c)を含み、
     前記第1制御用スイッチ素子および前記第2制御用スイッチ素子は、前記第1横型スイッチ素子および前記第2横型スイッチ素子に対して外側に配置されている、請求項10に記載の電力変換装置。
  12.  前記横型スイッチ素子は、第1横型スイッチ素子および第2横型スイッチ素子を含み、
     前記第1横型スイッチ素子および前記第2横型スイッチ素子は、前記第1基板の表面に、共に表裏同じ向きに配置されている、請求項6~9のいずれか1項に記載の電力変換装置。
  13.  前記第1基板の裏面側には、放熱層(3)が形成されている、請求項6~12のいずれか1項に記載の電力変換装置。
  14.  前記第1基板と前記接続用導体との間には、封止樹脂(60)が充填されている、請求項6~13のいずれか1項に記載の電力変換装置。
  15.  前記接続用導体を含む第2基板(5、205、305)をさらに備え、
     前記第2基板の前記接続用導体は、前記第2基板の表面側に設けられた第1導電パターン(7a、7b、207a、207b、307a、307b)と、前記第1導電パターンに電気的に接続され、前記第2基板の前記第1導電パターンに対して裏面側に設けられた第2導電パターン(8a、8b、208a、208b、308a、308f)とを含み、
     前記スナバコンデンサは、前記第1導電パターンに接続されており、
     前記横型スイッチ素子は、前記第2導電パターンに接続されている、請求項1~14のいずれか1項に記載の電力変換装置。
  16.  前記横型スイッチ素子は、第1横型スイッチ素子および第2横型スイッチ素子を含み、
     前記接続用導体は、前記第1横型スイッチ素子と前記スナバコンデンサとの間に挟まれるように配置された第1接続用導体(7a、8a、9a、207a、208a、209a、307a、308a、309a、310a、311a)と、前記第2横型スイッチ素子と前記スナバコンデンサとの間に挟まれるように配置された第2接続用導体(7b、8b、9b、207b、208b、209b、307b、308f、309b、310b)とを含む、請求項1~15のいずれか1項に記載の電力変換装置。
  17.  前記スナバコンデンサは、複数設けられており、
     前記接続用導体は、複数の前記スナバコンデンサに対して共通に用いられている、請求項1~16のいずれか1項に記載の電力変換装置。
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