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公開番号2025066004
公報種別公開特許公報(A)
公開日2025-04-22
出願番号2023175569
出願日2023-10-10
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 20070101AFI20250415BHJP(電力の発電,変換,配電)
要約【課題】部分放電の発生を防止できる。
【解決手段】電力変換装置は、半導体素子を有する半導体モジュールと、複数の導電性の配線層を有する配線基板と、絶縁性の放熱部材を介して配線基板の一方の面と熱的に接触する導電性の冷却器と、を備え、配線基板は、複数の配線層のうち冷却器に最も近い側の連続する1以上の層に配置され、半導体素子と電気的に接続されていない非導通配線層と、半導体素子と電気的に接続されている導通配線層と、非導通配線層と導通配線層との間に配置される絶縁層と、を備え、配線基板の厚さ方向に投影した場合における非導通配線層の投影領域は、少なくとも導通配線層の投影領域と冷却器の投影領域とが重複する領域とは重なるように形成され、非導通配線層と冷却器との間に形成される静電容量は、非導通配線層と導通配線層との間に形成される静電容量よりも大きい。
【選択図】図1

特許請求の範囲【請求項１】
半導体素子を有する半導体モジュールと、
複数の導電性の配線層を有する配線基板と、
絶縁性の放熱部材を介して前記配線基板の一方の面と熱的に接触する導電性の冷却器と、を備え、
前記配線基板は、
複数の前記配線層のうち前記冷却器に最も近い側の連続する１以上の層に配置され、前記半導体素子と電気的に接続されていない非導通配線層と、
前記半導体素子と電気的に接続されている導通配線層と、
前記非導通配線層と前記導通配線層との間に配置される絶縁層と、を備え、
前記配線基板の厚さ方向に投影した場合における前記非導通配線層の投影領域は、少なくとも前記導通配線層の投影領域と前記冷却器の投影領域とが重複する領域とは重なるように形成され、
前記非導通配線層と前記冷却器との間に形成される静電容量は、前記非導通配線層と前記導通配線層との間に形成される静電容量よりも大きい、電力変換装置。
続きを表示（約 420 文字）【請求項２】
請求項１に記載の電力変換装置において、
前記非導通配線層と前記放熱部材との間の距離は、前記非導通配線層と前記導通配線層との間の距離よりも小さい、電力変換装置。
【請求項３】
請求項１に記載の電力変換装置において、
前記非導通配線層と前記導通配線層との間に配置される絶縁層の比誘電率は、前記絶縁性の放熱部材の比誘電率よりも小さい、電力変換装置。
【請求項４】
請求項１から請求項３までのいずれか一項に記載の電力変換装置において、
前記絶縁性の放熱部材は、無機フィラーと有機樹脂の混合物からなる、電力変換装置。
【請求項５】
請求項１から請求項３までのいずれか一項に記載の電力変換装置において、
前記非導通配線層と前記導通配線層との間に配置される絶縁層は、前記非導通配線層と対向する前記導通配線層の全体を覆うように絶縁封止している、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 2,200 文字）【背景技術】
【０００２】
近年、地球規模での環境や資源問題がクローズアップされており、資源の有効活用、省エネルギー化の推進、地球温暖化ガスの排出を抑制するため、パワー半導体素子を用いた電力変換装置が民生用、自動車用、鉄道用、産業用、インフラ用などの各分野に幅広く利用されている。例えば自動車用で見ると、モータで駆動する電気自動車（ＥＶ）や、モータ駆動とエンジン駆動を組み合わせたハイブリッドカー（ＨＥＶ）などがある。これらＥＶやＨＥＶでは、バッテリーの直流電圧を、パワー半導体素子のスイッチングにより、擬似的な交流電圧を作りだし、高効率にモータを駆動する。
【０００３】
電力変換装置は、IGBT等のパワー半導体素子を含んで構成されたパワーモジュール、プリント基板、バスバー、キャパシタ等で構成される。パワー半導体素子での大電流のスイッチングでパワーモジュールは発熱し、また、プリント基板、バスバー、キャパシタも各材料の電気的な抵抗成分による損失で、それぞれに流れる電流の二乗の積に比例して発熱する。エンジンの駆動力にモータの駆動力を補助して走行するＨＥＶに対し、ＥＶでは純粋に電気の力であるモータの駆動力のみで走行するため、より大きな電力を扱うことができる電力変換装置が必要になる。
【０００４】
電力を大きくするためには、電圧を高くする、または電流を大きくする、またはその両方である。電流を大きくする場合は、電流の二乗に比例して損失が増加し発熱量が増大する。発熱を低減するためには、電力変換装置に使用される導体量を増やし、導体抵抗を下げる必要がある。結果として、電力変換装置の体積と重量が大きくなり、自動車の電費性能（一定の電力に対する走行可能距離）と、走る、曲がる、止まるといった自動車の基本性能である走行性能が低下する。ＥＶでは航続距離の拡大が課題で、搭載するバッテリーの容量を大きくする必要がある。バッテリーのサイズが拡大し、重量が増大する。このため、バッテリーの技術開発としては、高エネルギー密度化による小型軽量大容量化が進められている。しかし、バッテリーのみならず駆動システム全体での小型軽量化が必要で、モータ、電力変換装置の小型軽量化も求められている。
【０００５】
特許文献１には、平板状の基板部を有する放熱部材と、前記放熱部材の前記基板部上に設けられた第１接合層、及び前記第１接合層上に設けられた第２接合層を有する接合部材と、前記接合部材の前記第２接合層上に設けられた第１金属層、前記第１金属層上に設けられた絶縁層、及び前記絶縁層上に設けられた第２金属層を有する配線基板と、前記配線基板の前記第２金属層上に設けられた半導体素子と、を備え、前記放熱部材の前記基板部、及び前記接合部材の前記第２接合層は、Ａｌ又はＡｌ合金で形成され、前記配線基板の前記第１金属層の少なくとも前記第２接合層側の表層、及び前記接合部材の前記第１接合層は、Ｃｕ若しくはＣｕ合金、又は、Ｎｉ若しくはＮｉ合金で形成されていることを特徴とする半導体装置が開示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
特開２０２２－０２９８８６号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
特許文献１に記載されている発明では、部分放電の対策が十分でない。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本発明の第１の態様による電力変換装置は、半導体素子を有する半導体モジュールと、複数の導電性の配線層を有する配線基板と、絶縁性の放熱部材を介して前記配線基板の一方の面と熱的に接触する導電性の冷却器と、を備え、前記配線基板は、複数の前記配線層のうち前記冷却器に最も近い側の連続する１以上の層に配置され、前記半導体素子と電気的に接続されていない非導通配線層と、前記半導体素子と電気的に接続されている導通配線層と、前記非導通配線層と前記導通配線層との間に配置される絶縁層と、を備え、前記配線基板の厚さ方向に投影した場合における前記非導通配線層の投影領域は、少なくとも前記導通配線層の投影領域と前記冷却器の投影領域とが重複する領域とは重なるように形成され、前記非導通配線層と前記冷却器との間に形成される静電容量は、前記非導通配線層と前記導通配線層との間に形成される静電容量よりも大きい。
【発明の効果】
【０００９】
本発明によれば、部分放電の発生を防止できる。
【図面の簡単な説明】
【００１０】
第１の実施の形態における電力変換装置の断面図
半導体モジュールの製作方法を説明する図
プリント配線基板の説明図
第１比較例装置の断面図
図４の右側に示すＡ部の拡大図
第２比較例装置の断面図
電力変換装置と、第１比較例装置と、第２比較例装置との相違点を示す図
第２の実施の形態における電力変換装置の断面図
第３の実施の形態における電力変換装置の断面図
３つの実施の形態の電力変換装置における部分放電試験結果を示す図
２つの比較例における部分放電試験結果を示す図
【発明を実施するための形態】
（【００１１】以降は省略されています）

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