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公開番号2025056901
公報種別公開特許公報(A)
公開日2025-04-09
出願番号2023166424
出願日2023-09-27
発明の名称電力変換装置
出願人株式会社日立製作所,日立Astemo株式会社
代理人弁理士法人サンネクスト国際特許事務所
主分類H02M 7/48 20070101AFI20250401BHJP(電力の発電,変換,配電)
要約【課題】低インダクタンス化と等インダクタンス化を両立する電力変換装置を提供する。
【解決手段】
複数の上アーム半導体素子および複数の下アーム半導体素子が並列に接続され、複数の配線層を有する配線基板を備える電力変換装置であって、前記複数の配線層は、前記複数の上アーム半導体素子の配列方向に沿って延在する正極配線と、前記複数の下アーム半導体素子の配列方向に沿って延在する負極配線と、前記複数の上アーム半導体素子と前記複数の下アーム半導体素子とを接続する出力配線と、を含み、前記正極配線および前記負極配線は、それぞれが並列に配置されるとともに前記出力配線に対して積層して配置される第1の正負極配線対と、それぞれが互いに積層配置される第2の正負極配線対と、を形成する。
【選択図】図4

特許請求の範囲【請求項１】
複数の上アーム半導体素子および複数の下アーム半導体素子が並列に接続され、複数の配線層を有する配線基板を備える電力変換装置であって、
前記複数の配線層は、前記複数の上アーム半導体素子の配列方向に沿って延在する正極配線と、前記複数の下アーム半導体素子の配列方向に沿って延在する負極配線と、前記複数の上アーム半導体素子と前記複数の下アーム半導体素子とを接続する出力配線と、を含み、
前記正極配線および前記負極配線は、それぞれが並列に配置されるとともに前記出力配線に対して積層して配置される第１の正負極配線対と、それぞれが互いに積層配置される第２の正負極配線対と、を形成する
電力変換装置。
続きを表示（約 990 文字）【請求項２】
請求項１に記載の電力変換装置であって、
前記配線基板の一辺側に配置されて前記第２の正負極配線対と電気的に接続されるコンデンサを備え、
前記第２の正負極配線対は、前記配線基板において前記一辺に対して垂直な延在方向に沿って形成され、前記コンデンサから離れた位置であるほど、前記延在方向に対して直交する方向の断面積が小さくなる
電力変換装置。
【請求項３】
請求項２に記載の電力変換装置であって、
前記配線基板の前記一辺に対向する他辺側に配置されて、前記出力配線と電気的に接続される出力端子を有し、
前記出力配線は、前記配線基板において前記他辺に対して垂直な延在方向に沿って形成され、前記出力端子から離れた位置であるほど、前記延在方向に対して直交する方向の断面積が小さくなる
電力変換装置。
【請求項４】
請求項１に記載の電力変換装置であって、
前記配線基板の最表層において、前記正極配線および前記負極配線が並列に形成され、
前記正極配線と前記負極配線との間には、第２のコンデンサが配置された
電力変換装置。
【請求項５】
請求項１に記載の電力変換装置であって、
前複数の上アーム半導体素子と前記複数の下アーム半導体素子は、ドレイン端子およびソース端子、またはコレクタ端子およびエミッタ端子が、それぞれ交互に配置されて前記配線基板に接続される
電力変換装置。
【請求項６】
請求項４に記載の電力変換装置であって、
前記配線基板は、前記複数の上アーム半導体素子と前記複数の下アーム半導体素子の配列の間において、前記複数の配線層を有している
電力変換装置。
【請求項７】
請求項１に記載の電力変換装置であって、
前記配線基板は、前記第１の正負極配線対と前記第２の正負極配線対とを電気的に接続するためのスルーホールを有し、
前記スルーホールは、前記上アーム半導体素子と前記下アーム半導体素子の配列方向に沿って複数形成され、かつ前記配線基板の前記第１の正負極配線対と前記第２の正負極配線対の前記正極配線同士および前記負極配線同士を接続する
電力変換装置。

発明の詳細な説明【技術分野】
【０００１】
本発明は、電力変換装置に関する。
続きを表示（約 1,700 文字）【背景技術】
【０００２】
小型の半導体パッケージを実装するカード型インバータは、生産性と出力ラインナップ拡充を向上させるため、多数の小型の半導体パッケージの並列実装が求められている。その一方で、多数の小型の半導体パッケージの並列実装によって大電流化させた際において発生するインダクタンスの低減も同様に求められている。例えば、下記の特許文献１では、半導体素子の配列方向に沿って配線基板内の配線構造が変化することで、インダクタンスの低減を図っている半導体モジュールの構成が記載されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
特許第６２６９２９６号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
特許文献１では、インダクタンスの低減を図るという目的は達成しているが、半導体素子の上下アームの短絡ループ経路のインダクタンス低減のみに着目しており、多数の半導体チップを並列化した際のインダクタンスばらつきを考慮していない課題がある。また、小型の半導体パッケージを実装する主回路基板を小型化する目的を達成するために、フィルムコンデンサと各半導体装置を接続する配線長を等しくすることは困難であり、この構成ではインダクタンス差に起因して各半導体装置の電流がばらつく課題を抱えていた。これを鑑みて、本発明では、低インダクタンス化と等インダクタンス化を両立する電力変換装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
複数の上アーム半導体素子および複数の下アーム半導体素子が並列に接続され、複数の配線層を有する配線基板を備える電力変換装置であって、前記複数の配線層は、前記複数の上アーム半導体素子の配列方向に沿って延在する正極配線と、前記複数の下アーム半導体素子の配列方向に沿って延在する負極配線と、前記複数の上アーム半導体素子と前記複数の下アーム半導体素子とを接続する出力配線と、を含み、前記正極配線および前記負極配線は、それぞれが並列に配置されるとともに前記出力配線に対して積層して配置される第１の正負極配線対と、それぞれが互いに積層配置される第２の正負極配線対と、を形成する。
【発明の効果】
【０００６】
低インダクタンス化と等インダクタンス化を両立する電力変換装置を提供できる。
【図面の簡単な説明】
【０００７】
本発明の電力変換装置の回路図
本発明の電力変換装置の全体外観図
本発明の一実施形態に係る、配線基板の断面図
本発明の一実施形態に係る、半導体装置の図
本発明の一実施形態に係る、２層目～４層目までの配線基板の図
本発明の一実施形態に係る、第２のコンデンサを配置した配線基板の図
【０００８】
以下、図面を参照して本発明の実施形態を説明する。以下の記載および図面は、本発明を説明するための例示であって、説明の明確化のため、適宜、省略および簡略化がなされている。本発明は、他の種々の形態でも実施する事が可能である。特に限定しない限り、各構成要素は単数でも複数でも構わない。
【０００９】
図面において示す各構成要素の位置、大きさ、形状、範囲などは、発明の理解を容易にするため、実際の位置、大きさ、形状、範囲などを表していない場合がある。このため、本発明は、必ずしも、図面に開示された位置、大きさ、形状、範囲などに限定されない。
【００１０】
（本発明の一実施形態および全体構成）
（図１）
電力変換装置１は、Ｕ相、Ｖ相、Ｗ相の３相の半導体装置によって構成される。それぞれの半導体装置は、上アーム半導体素子４および下アーム半導体素子５によって構成される。上アーム半導体素子４および下アーム半導体素子５は、例えば、ＩＧＢＴ（Insulated Gate Bipolar Transistor）やＭＯＳＦＥＴ（metal-oxide-semiconductor field-effect transistor）などが用いられる。
（【００１１】以降は省略されています）

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