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公開番号2025156822
公報種別公開特許公報(A)
公開日2025-10-15
出願番号2024059529
出願日2024-04-02
発明の名称電力変換装置
出願人株式会社デンソー
代理人個人,個人
主分類H02M 7/48 20070101AFI20251007BHJP(電力の発電,変換,配電)
要約【課題】回路基板の体格増大を抑制できる電力変換装置を提供すること
【解決手段】電力変換装置は、回路基板23と、複数の半導体モジュール21を備える。半導体モジュール21は、少なくともひとつの半導体素子と、所定方向であるX方向に並んで回路基板23に実装された複数の信号端子84を有する。複数の半導体モジュール21は、X方向に直交する方向であるZ方向に積層配置されている。複数の半導体モジュール21は、第1半導体モジュール21Aと、第1半導体モジュール21Aよりも信号端子84の数が少ない第2半導体モジュール21Bを含む。
【選択図】図2
特許請求の範囲【請求項１】
電力変換回路を構成する電力変換装置であって、
配線を有する回路基板（２３）と、
少なくともひとつの半導体素子（４０）と、前記半導体素子に電気的に接続され、所定方向に並んで前記回路基板に実装された複数の信号端子（８４）と、をそれぞれ有し、前記所定方向に直交する方向に積層配置された複数の半導体モジュール（２１）と、
を備え、
複数の前記半導体モジュールは、第１半導体モジュール（２１Ａ）と、前記第１半導体モジュールよりも前記信号端子の数が少ない第２半導体モジュール（２１Ｂ）と、を含む、電力変換装置。
続きを表示（約 1,800 文字）【請求項２】
前記配線は、前記信号端子に電気的に接続された信号配線（２３５Ｓ）を含み、
前記回路基板は、前記信号配線の配置領域として、第１領域（２３７）と、前記第１領域に配置された前記信号配線よりも前記所定方向に直交する方向の長さが長い前記信号配線を含む第２領域（２３８）と、を有し、
前記第２領域の少なくともひとつに、前記第２半導体モジュールが実装されている、請求項１に記載の電力変換装置。
【請求項３】
前記第１半導体モジュールの少なくともひとつは、積層された複数の前記半導体モジュールの中央に配置されている、請求項１に記載の電力変換装置。
【請求項４】
前記半導体素子は、信号用のパッドとして温度センスパッド（４３Ａ，４３Ｋ）を有し、
前記第１半導体モジュールは、前記信号端子として、前記温度センスパッドに電気的に接続された温度センス端子（８４Ａ，８４Ｋ）を有し、
前記第２半導体モジュールは、前記温度センス端子を有していない、請求項１～３いずれか１項に記載の電力変換装置。
【請求項５】
前記電力変換回路は、第１回転電機に対応する第１インバータ（８Ａ）と、第２回転電機に対応する第２インバータ（８Ｂ）と、を含み、
前記第１インバータの一相分は前記第１半導体モジュールを含んで構成され、前記第１インバータの残りの二相分は前記第２半導体モジュールを含んで構成され、
前記第２インバータの一相分は前記第１半導体モジュールを含んで構成され、前記第２インバータの残りの二相分は前記第２半導体モジュールを含んで構成されている、請求項４に記載の電力変換装置。
【請求項６】
前記電力変換回路は、少なくとも昇圧機能を有するコンバータ（７）を含み、
前記コンバータは、前記第１半導体モジュールを含んで構成され、
前記コンバータの前記第１半導体モジュールが前記第１インバータの前記第１半導体モジュールと前記第２インバータの前記第１半導体モジュールとの間に位置するように、前記第１インバータの前記第１半導体モジュール、前記第２インバータの前記第１半導体モジュール、および前記コンバータの前記第１半導体モジュールが、積層された複数の前記半導体モジュールの中央において連続して並んでいる、請求項５に記載の電力変換装置。
【請求項７】
前記半導体モジュールは、前記半導体素子として、一相分の上下アーム回路の上アームを構成する上アーム素子（４０Ｈ）と、前記上下アーム回路の下アームを構成する下アーム素子（４０Ｌ）と、を有し、
前記第１半導体モジュールにおいて、前記下アーム素子に前記温度センス端子が接続され、前記上アーム素子に前記温度センス端子が接続されておらず、
前記第２半導体モジュールにおいて、前記上アーム素子および前記下アーム素子のいずれにも前記温度センス端子が接続されていない、請求項４に記載の電力変換装置。
【請求項８】
前記半導体素子は、前記パッドとして、前記温度センスパッドである第１パッドと、前記第１パッドとは別に設けられた第２パッド（４３Ｇ）と、を有し、
前記第２半導体モジュールにおいて、前記第１パッドの少なくともひとつは前記第２パッドに電気的に接続されている、請求項４に記載の電力変換装置。
【請求項９】
前記第２半導体モジュールは、前記第１パッドに接続された第１ボンディングワイヤ（９０１）と、前記第２パッドに接続された第２ボンディングワイヤ（９０２）と、を有し、
前記第２パッドに対応する前記信号端子には、前記第２ボンディングワイヤを介して前記第２パッドが接続されるとともに、前記第１ボンディングワイヤを介して前記第１パッドの少なくともひとつが接続されている、請求項８に記載の電力変換装置。
【請求項１０】
前記第２半導体モジュールは、前記第１パッドの少なくともひとつと前記第２パッドに対応する前記信号端子とを電気的に接続するボンディングワイヤ（９０３）を有し、
前記ボンディングワイヤは、前記第１パッドの少なくともひとつと前記第２パッドとを接続する部分を含む、請求項８に記載の電力変換装置。
（【請求項１１】以降は省略されています）
発明の詳細な説明【技術分野】
【０００１】
この明細書における開示は、電力変換装置に関する。
続きを表示（約 2,300 文字）【背景技術】
【０００２】
特許文献１は、回路基板（制御基板）と、複数の半導体モジュール（パワーモジュール）を備える電力変換装置を開示している。半導体モジュールは、所定方向に並ぶ複数の信号端子（信号線）を有している。信号端子は、回路基板に実装されている。複数の半導体モジュールは、信号端子の並び方向に対して直交する方向に積層配置されている。先行技術文献の記載内容は、この明細書における技術的要素の説明として、参照により援用される。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
特開２０１６－１６３４４６号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
回路基板には、半導体モジュールごとに、ゲート駆動回路（ドライバ）などの回路が設けられている。回路基板に実装された信号端子は、配線を介して対応する回路に電気的に接続される。積層方向において、半導体モジュールそれぞれに対応する回路の形成領域は、信号端子の実装領域よりも大きい。よって、積層方向に並ぶ複数の半導体モジュールの信号端子から、配線をたとえば扇状に引き出して、回路につなぐ必要がある。このように、配線を積層方向および信号端子の並び方向に引き回して回路につなぐ必要があるため、回路基板の体格が増大する虞がある。上述の観点において、または言及されていない他の観点において、電力変換装置にはさらなる改良が求められている。
【０００５】
本開示の目的のひとつは、回路基板の体格増大を抑制できる電力変換装置を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
開示のひとつの態様は、
電力変換回路を構成する電力変換装置であって、
配線を有する回路基板（２３）と、
少なくともひとつの半導体素子（４０）と、半導体素子に電気的に接続され、所定方向に並んで回路基板に実装された複数の信号端子（８４）と、をそれぞれ有し、所定方向に直交する方向に積層配置された複数の半導体モジュール（２１）と、
を備え、
複数の半導体モジュールは、第１半導体モジュール（２１Ａ）と、第１半導体モジュールよりも信号端子の数が少ない第２半導体モジュール（２１Ｂ）と、を含む。
【０００７】
開示の電力変換装置によれば、複数の第１半導体モジュールのみを用いるのではなく、第１半導体モジュールと、第１半導体モジュールよりも信号端子の数が少ない第２半導体モジュールを混載する。これにより、第１半導体モジュールのみを用いる構成に較べて信号端子の数を低減し、配線自由度を向上することができる。よって、回路基板の体格増大を抑制することができる。
【０００８】
この明細書における開示された複数の態様は、それぞれの目的を達成するために、互いに異なる技術的手段を採用する。請求の範囲に記載した括弧内の符号は、後述する実施形態の部分との対応関係を例示的に示すものであって、技術的範囲を限定することを意図するものではない。この明細書に開示される目的、特徴、および効果は、後続の詳細な説明、および添付の図面を参照することによってより明確になる。
【図面の簡単な説明】
【０００９】
第１実施形態に係る電力変換装置が適用される電力変換回路および駆動システムを示す図である。
電力変換装置を示す平面図である。
図２のＸ１方向から見た平面図である。
第１半導体モジュールを示す平面図である。
第２半導体モジュールを示す平面図である。
第１半導体モジュールにおいて、封止体により覆われた部分を示す平面図である。
第２半導体モジュールにおいて、封止体により覆われた部分を示す平面図である。
図４のVIII-VIII線に沿う断面図である。
ドレイン電極側の基板を示す平面図である。
ソース電極側の基板を示す平面図である。
第１半導体モジュールにおいて、パッドと信号端子との接続を示す図である。
第２半導体モジュールにおいて、パッドと信号端子との接続を示す図である。
回路基板を示す平面図である。
参考例との対比を示す図である。
第２実施形態に係る電力変換装置において、第２半導体モジュールのパッドと信号端子との接続を示す図である。
第３実施形態に係る電力変換装置において、第２半導体モジュールのパッドと信号端子との接続を示す図である。
第４実施形態に係る電力変換装置において、半導体モジュールと冷却器との積層体を示す図である。
回路基板を示す平面図である。
第５実施形態に係る電力変換装置において、半導体モジュールと冷却器との積層体を示す図である。
回路基板を示す平面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１０】
以下、図面に基づいて複数の実施形態を説明する。なお、各実施形態において対応する構成要素には同一の符号を付すことにより、重複する説明を省略する場合がある。各実施形態において構成の一部分のみを説明している場合、当該構成の他の部分については、先行して説明した他の実施形態の構成を適用することができる。また、各実施形態の説明において明示している構成の組み合わせばかりではなく、特に組み合わせに支障が生じなければ、明示していなくても複数の実施形態の構成同士を部分的に組み合せることができる。
（【００１１】以降は省略されています）

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